JP2004529764A

JP2004529764A - Variable electrostatic spray coating apparatus and method

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Publication number: JP2004529764A
Application number: JP2002583107A
Authority: JP
Inventors: イー．シーバー，アルバート; ウィリアムケー．レナード
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: EP1383614B1; DE60214531D1; DE60214531T2; WO2002085538A2; JP4354703B2; BR0209038B1; EP1383614A2; MXPA03009596A; AU2002242229A1; US20020182333A1; CA2444791A1; CN100360246C; US6579574B2; KR20030088145A; KR100870684B1; WO2002085538A3; BR0209038A; ATE338586T1; CN1720107A

Abstract

A liquid coating is formed by spraying drops of liquid onto a substrate or a transfer surface from an electrostatic spray head that produces a mist of drops and a wet coating in response to an electrostatic field. During spraying, the electrostatic field is repeatedly altered to change the pattern deposited by the drops. The wet coating can be contacted with two or more pick-and-place devices that improve the uniformity of the coating.

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の被覆を行う装置およびその方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
静電吹付被覆とは一般に、液体を霧化した後、霧滴を静電界において付着させて行う方法である。霧滴の平均径と滴径分布は、個々の吹付被覆ヘッドによって大きく変動する場合がある。また、液体のもつ導電性、表面張力、粘度といった要素も滴径と滴径分布を決定する上で大きな役割を果たす。静電吹付被覆ヘッドおよび装置の代表的な例が、例えば米国特許第２，６８５，５３６号、第２，６９５，００２号、第２，７３３，１７１号、第２，８０９，１２８号、第２，８９３，８９４号、第３，４８６，４８３号、第４，７４８，０４３号、第４，７４９，１２５号、第４，７８８，０１６号、第４，８３０，８７２号、第４，８４６，４０７号、第４，８５４，５０６号、第４，９９０，３５９号、第５，０４９，４０４号、第５，３２６，５９８号、第５，７０２，５２７号、第５，９５４，９０７号の各明細書に示されている。金属細長片に対して缶形成用潤滑剤の静電吹き付けを行うための装置については、例えば米国特許第２，４４７，６６４号、第２，７１０，５８９号、第２，７６２，３３１号、第２，９９４，６１８号、第３，７２６，７０１号、第４，０７３，９６６号、第４，１７０，１９３号の各明細書に記載されている。また、ロール式被覆装置については、例えば米国特許第４，５６９，８６４号明細書、欧州特許公開第９４９３８０号明細書、ドイツＯＬＳＤＥ１９８１４６８９Ａ１号明細書に記載されている。
【０００３】
一般に、吹付被覆ヘッドに送られた液体は、そこに印加される静電界の影響を少なくとも部分的に受けて液体の流れが不安定になることが多く、そのため分散して微小液滴になる。一般に、静電吹付被覆ヘッドから吐出される帯電した微小液滴は、電界によって吹付被覆ヘッドを通過する物品、無端ウェブ等の基板に向かって吐出される。用途によって所望の塗膜の厚さの方が平均滴径より大きい場合、液滴を相互に重なり合うように着地させ、融合させて塗膜を形成する。また、所望の塗膜の厚さの方が平均滴径より小さい場合は、衝撃で液滴と液滴の間に間隔をあけ、拡散させて空隙のない塗膜を形成する必要がある。
【０００４】
金属細長片に対して缶形成用潤滑剤の静電吹き付けを行うための装置については、例えば米国特許第３，７２６，７０１号、第４，０７３，９６６号、第４，１７０，１９３号の各明細書に記載されている。米国特許第３，７２６，７０１号では、被塗装物の速度と成膜速度に基づいて、静電位の調節を行っている。
【０００５】
米国特許第２，７３３，１７１号では、静電吹付被覆ヘッドの機械的振動と、吹付被覆ヘッドの間欠運動を利用して、堆積する被覆材料に縞模様やリブが形成されるのを抑制している。
【０００６】
米国特許第５，０４９，４０４号では、誘電静電吹き付けノズルの圧電気振動を利用して、ノズルを出る液体の表面形状を安定化し、流速が低い場合のノズルの詰りを抑制すると共に、非常に薄い塗膜が得られるようにしている。
【０００７】
本出願人の同時係属出願であり、その内容を本明細書に援用する２００１年４月２４日出願の米国特許出願第０９／８４１，３８０号、「静電吹付被覆装置および方法」は、液体で湿潤させた導電性転写面の上に液体の小滴を静電吹き付けし、こうして塗布した液体の一部を転写面から基板へ転写して塗膜を形成する方法により液体塗膜を基板に塗布する装置および方法を開示している。
【０００８】
また、本出願人の同時係属出願であり、その内容を本明細書に援用する２００１年１月１０日出願の米国特許出願第０９／７５７，９５５号、「被覆装置および方法」は、基板上の湿潤塗膜の均等性を改善する装置と方法を開示している。塗膜を第１位置において２つ以上の周期的ピックアンドプレース装置と接触させ、第１位置とは異なる基板上の位置であって、第１位置からの距離に関して相互に関連付けられている位置において再び接触させる。塗膜の塗布は無気吹付ノズル、静電吹付ノズル、回転盤吹付ノズル、空気圧吹付ノズルなどの点源ノズルと、線源霧化装置とを用いて行うことができる。ノズルは基板横断方向に振動させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述出願の装置および方法は、特に組合わせて使用した場合に非常に均等性の高い塗膜を形成することができる。本発明もまた塗膜の均等性を改善するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はその一形態において、基板上に液体塗膜を形成する方法であって、
ａ）静電界に応じたパターンを生成する静電吹付ヘッドから基板上へ液滴パターンを吹き付けるステップと、
ｂ）吹き付けを行いながら静電界を繰り返し電気的に変化させ、それによってパターンを繰り返し変化させるステップとを含む方法を提供する。
【００１１】
好ましい方法は、導電性転写面上に液滴のパターンを吹き付け、こうして塗布した液体の一部を転写面から基板に転写して液体被膜を形成することを含む。
【００１２】
別の形態では、基板上に液体塗膜を形成する方法であって、
ａ）静電界に応じたパターンを生成する静電吹付ヘッドから基板上または転写面上へ液滴パターンを吹き付けるステップと、
ｂ）前記パターンを第１方向において繰り返し変えるステップと、
ｃ）ｉ）転写面を用いる場合は、こうして塗布した塗膜の一部を転写面から基板へ転写することと、
ｉｉ）塗膜の均等性を第２方向において改善する２つ以上のピックアンドプレース装置と塗膜を接触されることとを何れかの順番で行うステップとを含む方法を提供する。
【００１３】
本発明はまた、静電界に応じて基板上に液滴のパターンと湿潤塗膜を生成する静電吹付ヘッドと、吹き付け中に静電界を繰り返し電気的に変化させることにより、前記パターンを繰り返し変化させる装置または回路とを含む被覆装置も提供する。好ましい実施形態では、前記装置または回路が第一方向においてパターンを変更し、湿潤塗膜と周期的に接触または再接触して第２位置において塗膜の均等性を改善することのできる２つ以上のピックアンドプレース装置がさらに設けられる。
【００１４】
本発明の方法および装置は、導電性基板、半導電性基板、絶縁性基板、多孔質基板、非多孔質基板などの上に略均等な薄膜または厚膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
静電吹付被覆を行う場合、静電吹付被覆ヘッドから堆積される液滴の平均径より所望の塗膜厚さの方が小さいことがある。このような被覆法を「薄膜法」と呼び、形成される塗膜を「薄膜塗膜」と呼ぶことにする。また、静電吹付被覆においては、平均液径より所望の塗膜厚さの方が大きい場合もある。このような被覆法を「厚膜法」と呼び、形成される塗膜を「厚膜塗膜」と呼ぶことにする。
【００１６】
本発明は、導電性、半導電性、絶縁性、多孔質、または非多孔質の基板の上に、溶剤型、水性、無溶剤型等の塗料組成物を用いて、略均等な、空隙の無い薄膜塗膜および厚膜皮膜を塗布するのに利用できる簡便な被覆方法を提供する。本発明の静電吹付被覆装置は、移動するウェブの塗布に特に有用であるが、それに限定されるものではない。必要であれば、基板は有限寸法の個別の物体、あるいは個別物体を連ねたものまたは並べたものとすることもできる。実施形態によっては、被覆に用いる静電吹付被覆ヘッドによって生成される電荷を基板上に堆積することなく塗膜を形成することも可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態では、吹き付けを行う際に静電界を繰り返し電気的に変化させることにより、ターゲット基板にパターンを繰り返し変化させながら液滴を堆積する。別の実施形態では、ターゲット基板に堆積する液滴のパターンを（例えば静電界を電気的に繰り返し変化させるか、機械的に繰り返し変化させる方法で）第１方向において繰り返し変化させ、液滴から形成された湿潤塗膜を２つ以上のピックアンドプレース装置と接触させることにより、第２方向における塗膜の均等性を改善する。
【００１８】
ここで「液滴のパターンを繰り返し変化させる」、または「パターンを繰り返し変化させた液滴」と言う時は、湿潤塗膜を移動方向を有する移動ターゲット基板に静電塗布する場合、塗布部分の外形が基板の移動方向以外の方向に物理的に移動すること、または基板上の湿潤塗膜の分布または塗布量が基板の移動方向以外の方向に変化し、かつこのような移動と変化が反復することを意味する。このようなパターンの変化は、例えば液滴が生まれる空間位置（吹付ヘッド上の地点に関する）の変化や、液滴の大きさ、数、または軌道の変化などを通じて生じ得るものである。例えば、基板が第１方向に移動する場合、液滴のパターンによって形成される塗布領域の外形は、第２方向に移動し、１つ以上の第３方向に移動した後第２方向に何度も繰り返し移動する場合もあれば、外形が拡大し、縮小し、その後何度も繰り返し拡大する場合もある。あるいは塗布領域内の液滴が第１分布または塗布量で配置され、１種類以上の分布または塗布量で配置された後、第１の分布または塗布量で何度も繰り返し配置されるかもしれない。このような反復性の変化は、連続的、定期的、周期的である必要はなく、また大きさにおいて等しい必要もないが、液滴のパターンが長時間一定に保持されることのないように、吹付塗布を行う間に頻繁に生じさせる必要がある。
【００１９】
ここで「機械的に繰り返し変化させた」静電界と言う時は、湿潤塗膜を移動方向を有する移動ターゲット基板に静電塗布する際に、液滴のパターンが変化するようにターゲット上方の空間の固定地点に関して吹付ヘッドの位置を十分に移動させること、かつその移動を反復して行うことを意味する。このような反復性の移動は連続的、定期的、周期的である必要はなく、また大きさにおいて等しい必要もないが、液滴のパターンが長時間一定に保持されることのないように、吹付塗布を行う間に頻繁に行う必要がある。このような移動は、例えば吹付ヘッドからターゲットまでの距離を増減したり、吹付ヘッドをターゲットに平行な移動方向に移動させることにより実現することができる。
【００２０】
「電気的に変化させた」静電界と言う時は、吹付ヘッド（あるいは吹付ヘッドおよびターゲット付近にある、電界調整用電極または第２吹付ヘッドなどの１つまたはそれ以上の物体）に印加される電圧または対地電圧を、静電界と液滴のパターンが変化するように十分に変化せしめ、かつその変化を反復すること、あるいは吹付ヘッドまたはターゲット以外の物体を吹付ヘッドに関して十分に移動させることにより、静電界および液滴のパターンを変化させ、かつその移動を反復させることを意味する。これらの反復性の変化または移動は連続的、定期的、周期的である必要はなく、また大きさにおいて等しい必要もないが、液滴のパターンが長時間一定に保持されることのないように、吹付塗布を行う間に頻繁に行う必要がある。このような変化または移動は、例えば吹付ヘッドとターゲット間の電圧を第１の値からそれより高い値または低い値に変えた後、第１の値の方向に戻したり、近傍にある電界調整用電極に印加する電圧を変えたり、あるいは近傍にある静電吹付ヘッドに印加する電圧を変えたり、あるいは近傍にある電界調整用電極または第２静電吹付ヘッドを移動させることにより実現することができる。
【００２１】
「吹付中に」と言う時は、静電吹付ヘッドにより液滴を吹き付けている間を意味する。
【００２２】
「塗膜の均等性を改善する」というのは、上述のような静電界の変化を行うことなく形成した同様の塗膜と比較して、１種以上の均等性測定法により評価した場合に、高い均等性を示すことを意味する。塗膜の均等性の改善を測定するには多くの基準を適用することができる。例えば、厚さ標準偏差、最小（または最大）厚さを平均厚さで割った比、レンジ（一定の観測地点における経時的な最大厚さから最小厚さを引いたものと定義する）、および空隙領域の減少などを挙げることができる。例えば、本発明の好ましい実施形態では、７５％超、さらには９０％超のレンジの縮小を提供する。不連続的な塗膜（すなわち、当初は空隙を有する塗膜）に関しては、本発明では検出可能な空隙の全空隙面積の５０％超、７５％超、９０％超、９９％超の減少、さらには１００％の除去をも実現することができる。当業者であれば理解できるように、塗膜の均等性改善に関して望ましい程度は、塗膜の種類、被覆装置、塗布条件、塗布基板の用途などさまざまな要素によって決まるものである。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態では、液滴パターンを第１方向において変化させ、２つ以上のピックアンドプレース装置を用いて塗膜の均等性を第２方向において改善する。この時、第１方向と第２方向はどちらも基板の平面内にあるが相互に異なる方向である。移動ウェブに塗膜を塗布する場合、第１方向は一般にウェブを横断する方向であり、第２方向は一般に縦方向すなわち流れ方向である。
【００２４】
図１ａを参照すると、静電吹付被覆装置３０は、接地した回転式ドラム１４の上に塗布液１３の液滴または霧１３ａのパターンを分注する静電吹付ヘッド３１を備えている。ドラム１４は、ドラム１４の回転周期によって決まる間隔で、ドラム上の同一地点を吹付ヘッド１１の下方に出現させたり出現しないようにしながら、吹付ヘッド１１の側を通って連続的に循環している。当業者であれば理解されるであろうが、このような装置ではドラム等の導電性転写面を接地する必要はなく、必要であれば導電性転写面の電圧を帯電させた霧化粒子より低くするだけで良い。ただし、導電性転写面を接地するのが一般には最も便利な方法である。
【００２５】
吹付ヘッド３１は米国特許第５，３２６，５９８号に示されており、「エレクトロスプレー」ヘッドと呼ばれることがある。上記各特許に示されたものを含めて様々な形式の静電吹付ヘッドを用いることができる。静電吹付ヘッドは帯電液滴を略均等に噴霧するのが好ましい。吹付ヘッドに一連の吐出突起を設け、吹付中に噴霧パターンを変えながらこれらの突起から１列以上の噴霧が吐出されるように構成することができる。より好ましくは、静電吹付ヘッド（または適宜に連結した一連の静電吹付ヘッド）が列等のアレー状帯電液滴を生成し、これらの液滴が一つ以上の噴霧を形成するようにする。吹付ヘッド３１は、液体供給通路３３とスロット３４とを備えるダイボディ３２を含む。液体１３は通路３３とスロット３４を流れた後、ワイヤ３６の上を流れ、ワイヤ３６の周りに略一定の曲率半径を有する液体薄膜１３を形成する。吹付ヘッド３１とドラム１４の間の第１電圧Ｖ₁が電界を生み出し、液滴の霧化を助けると共に液滴をドラム１４に向かって付勢する。液滴に影響を及ぼす電界は、吹付ヘッド３１によって堆積される霧滴のパターンを変化させるように、吹付中、繰り返し変えられる。電極３５とドラム１４の間に任意に印加される電圧Ｖ₂は、液滴をドラム１４に向かって付勢する付加的電界を生み出す。必要に応じて、第２電圧Ｖ₂を省略し、電極３５を接地しても良い。電圧Ｖ₁を印加すると、液体１３は一連の液体フィラメントを間隔をあけて形成し（図３ａに不図示）、これらが分裂してワイヤ３６から下方向に延びる噴霧１３ａとなる。噴霧１３ａはその先端において分裂して、高度に帯電した液滴の均等な噴霧が生成され、回転ドラム１４に着地する。印加電圧を一定とした場合、噴霧１３ａはワイヤ３６において空間的時間的に一定である。印加電圧Ｖ₁が変わると、ワイヤ３６におけるフィラメントおよび噴霧の数と間隔が変わり、それによってドラム１４に堆積される液滴のパターンがウェブの横断方向に移動する。
【００２６】
ドラム１４が回転するに従って、帯電した液滴を入口地点１７において移動ウェブ１６と接触させる。ニップローラ２６が入口地点１７において移動ウェブ１６をドラム１４に押圧する。ニップ圧に助けられて、既にドラム１４上に着地している液滴は分離地点１８に来るまでに拡散融合して空隙の無い塗膜となる。分離地点１８において塗膜の一部はウェブ１６上に残るが、残りの部分はドラム１４上に残る。ドラム１４が何回か回転すると安定した状態となり、ドラム１４の全表面が塗料で湿潤した状態となり、ウェブ１６によって除去される塗料の量とドラム１４上に堆積する塗料の量が等しくなる。湿潤したドラム１４表面は、新たに塗布される液滴３がウェブ１６と接触する前に拡散融合するのを助ける働きをする。液滴の拡散に関する問題は、ドラム１４にニップローラ２６が圧力を加えることによってさらに低減される。霧化した液滴を直接基板上に吹き付け、液滴自体の物理特性による速度で拡散させる場合に比較して、はるかに短時間で液滴が融合し、塗膜が連続するようになる。このことは液滴が広範囲に分離されがちな薄膜塗布の場合に特に有利である。
【００２７】
装置３０は８ロール式改善ステーション３７を組み入れており、その動作については本出願人の同時係属出願である２００１年１月１０日出願の米国特許出願第０９／７５７，９５５号明細書に記載されている通りである。改善ステーション３７はアイドラーローラ３８ａ〜３８ｇと径が等しくないピックアンドプレースローラ３９ａ〜３９ｈを備える。改善ステーションにおいて、ウェブ１６の湿潤側がピックアンドプレースローラ３９ａ〜３９ｈの湿潤面に接触し、以下に詳述するように塗膜はウェブ下流方向において均等性を高めて行く。図１ａに示した装置と方法は、ウェブ下流方向の均等性が高い非常に薄い塗膜を形成するのに特に有利である。
【００２８】
図１ｂは図１ａの静電吹付ヘッド３１とドラム１４を装置３０のウェブ上流側から見た斜視図である。サイドパン１２ａが滑り棒１２ｂ、１２ｃに装着され、サイドパン１５ａが滑り棒１５ｂ、１５ｃに装着されている。サイドパン１２ａとサイドパン１５ａは相互に接近・離開する方向に移動させて塗布幅を制御することができる。液体噴霧１３ａがワイヤ３６の下方に延びている。余分な塗布液はダム１２ｄ、１５ｄにより排出される。必要であれば、滑り棒１２ｂ、１２ｃ、１５ｂ、１５ｃを相互に接触するまで移動させた後、さらに可変幅のパンを滑り棒沿いに追加して、ウェブ下流方向にストライプをつけた塗布パターンを生成することができる。
【００２９】
図１ｃは図１ａの静電吹付ヘッド３１とドラム１４を装置３０のウェブ下流側から見た斜視図である。明確化のため電極３５は省略されている。ドラム１４上の中心ストライプが塗布液１３で湿潤される。液体噴霧１３ａがワイヤ３６の下方に伸びているが、図１ｃにおいては電圧Ｖ₁が低くなっているため、図１ｂよりワイヤ３６沿いの単位長さあたりのフィラメントの数が少なく（従って噴霧１３ａの数も少なく）なっている。
【００３０】
噴霧１３ａ間に間隔があるため、ドラム１４上に着地する液滴はドラム１４の横方向に塗布厚さの大きい領域と小さい領域を形成しがちである。薄膜塗布の場合、塗布厚さの小さい領域は図１ｂに示したような細いストライプ１３ｂのように見えることがある。ニップローラ２６と分離地点１８を通過した後、ストライプは図１ｃから最もよく分かるように、噴霧１３ａのターゲット領域と分離地点１８との間のドラム１４において、ストライプは最も目立たなくなる。
【００３１】
噴射を行いながら静電界を変化させることによって、これらの厚みが小さい領域はさらに目立たなくなり、ターゲット基板上または転写面上の塗膜の均等性が改善される。静電界の変更は多くの方法で実施することができる。例えば、図１ａ〜図１ｃに示した吹付ヘッドの場合、吹付ヘッド３１とドラム１４の間の電圧Ｖ₁を繰り返し変化させることにより、ワイヤ３６沿いの噴霧の数と間隔が可視的に変化し、液滴のパターンをドラム１４に沿って、ウェブの幅方向に前後に移動させる。この他吹き付けを行いながら静電界を変化させる方法としては、ドラム１４やその他ターゲットの電位を上下させる（例えば電位を大地電位より高くした後大地電位に戻すなど）、近傍の電界調整用電極または第２静電吹付ヘッドに印加する電圧を上下させる、近傍の電界調整用電極または第２静電吹付ヘッドを、第１吹付ヘッドの静電界を変更できるように移動させる、基板に予備充電する際に予備充電電圧を上下させる、などの方法がある。電界調整用電極を２個使用する場合、一方の電極に非対称電圧を印加し、他方の電極は大地電圧または異なる電圧に維持した後、吹き付け中に変化させることができる。吹き付け中に液滴のパターンを適正に変化させることができれば、具体的にどの技術を選ぶかは重要な問題ではない。一般に、静電界変更技術を好ましいとするのは、この技術では基板上の区間の固定地点に関して吹付ヘッドの位置を物理的に変化させる必要がなく、構造が簡単になる上、機械的磨耗の原因を取り除くことができるためである。
【００３２】
静電界の変更は周期的（例えば正弦波、方形波などの周期関数）でも非周期的（例えば時間の線形ランプ関数、ランダムウォーク等の非周期関数）でも良い。このような変更の全てが有効であると思われるが、正弦波等の平滑な周期関数が好ましい。周波数については、零から静電吹付ヘッドの構成および塗布液の組成によっても決まる上限値までの幅の周波数を用いることができるが、上限値より高くなると液滴のパターンを大幅に変更することは困難になる場合がある。
【００３３】
図２ａは静電吹付ヘッドに印加する電圧を変更するために使用できる回路を簡単に示した図である。関数発生器１０と直流（ＤＣ）低電圧源２０との少なくとも何れか一方が調節可能な出力電圧を有する。関数発生器１０は出力波形と期間も調節可能である。関数発生器１０と電圧源２０は高電圧電源２２の入力に直列接続されており、関数発生器１０と直列にＤＣ低電圧源２０の両端で生成される全電圧を加算的または減算的に変更する波形を関数発生器１０が生成するように調節される。例えば、高電圧電源２２が５０ｋＶの出力を出すのに＋１０ＶＤＣの入力を要する場合、関数発生器１０は山から山まで約±１ＶＡＣの交流波形を生成するように調節し、直流源２０は約＋７ＶＤＣ生成するように調節すれば良い。正味効果は、電源２２に対して約＋６ＶＤＣから約＋８ＶＤＣの範囲で周期的に変化する入力信号を供給することによって、吐出ワイヤ３６と地面との間に約３０ｋＶ〜４０ｋＶで周期的に対応して変化する電圧を生成することにある。電圧が変化するに従って、ワイヤ３６沿いの噴霧１３ａの数と間隔が変化し、それによって液滴が空間内で生成される場所がワイヤ３６上の基準点（例えば図２ｂおよび図２ｃの地点Ｃ）に関して変化する。ターゲット基板上に堆積される液滴のパターンも同様に変化する。図２ｂに示すように、高電圧では吐出ワイヤ３６沿いに形成される噴霧１３ａの数が比較的多く、間隔が比較的狭くなっている。図２ｃに示すように、低電圧では吐出ワイヤ３６沿いに形成される噴霧１３ａの数が少なく、間隔は広くなっている。電圧の変化に伴って、噴霧１３ａはワイヤ３６に沿って前後に移動し、ドラム１４上に塗膜厚さの大きい領域と小さい領域を周期的に転換しながら生成する。こうして形成される塗膜厚さの大きい領域と小さい領域を均す作業は、改善ステーション３７を用いることによって、吹き付け中静電界を固定させ、噴霧と厚い領域・薄い領域の位置を変えない場合に比較して、はるかに容易に行うことができる。
【００３４】
図３においては、図１の装置３０が用いられているが、アイドラーローラ３８ａが改善ローラに変換され、ウェブ１６はドラム１４の上部を通るように装着されている。この構成では、最初に形成される塗膜の平坦性が図１ａ〜図１ｃの装置に比較して低くなる。図３の装置において絶縁性基板の塗布を行う場合、通常は静電ウェブの予備帯電（図３では２３に図示）が必要となり、塗布後の中和（図３では２５に図示）を行うのが好ましく、改善ステーションを用いるのが好ましいといことになる。
【００３５】
図１ａ〜図１ｃの装置を用いる場合も、必要に応じてウェブの予備帯電を行うことができる。ただし、図１ａ〜図１ｃの装置の大きな利点は、ウェブの予備帯電および塗布後の中和の必要なしに絶縁性および半導電性基板の塗布を行えることにある。
【００３６】
図４ａは、接地した循環式導電性転写ベルト４１上に塗布液１３の噴霧１３ａを分注する静電吹付ヘッド１１を備えた本発明の被覆装置４０を示している。装置４０は導電性転写面を循環させ、略均等に塗布する目的で改善ステーションを用いている。ベルト４１（金属帯など導電性材料で形成される）は、操舵部４２、アイドラーローラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、不等径のピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、バックアップローラ４５を通って循環する。ターゲットウェブ４８は電動ローラ４９によって駆動され、ベルト４１がバックアップローラ４５の周りを循環する際にベルト４１と接触する。ピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃは駆動されないためベルト４１と共に回転し、それぞれ例えば１．３６と１．２６と１の相対径を有している。ベルト４１上の塗膜が液体を満たしたニップ領域４６ａ、４６ｂ、４６ｃにおいてピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃの表面と接触する。液体塗膜は分離地点４７ａ、４７ｂ、４７ｃにおいて分離し、塗膜の一部はピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃが分離地点４７ａ、４７ｂ、４７ｃから遠ざかる方向に回転する際にその上に残ったままとなる。その他の部分の塗膜はベルト４１と共に移動して行く。分離地点４７ａ、４７ｂ、４７ｃ直前で見られる塗膜厚さのウェブ下流方向におけるばらつきは、ベルト４１およびピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃの表面が分離地点４７ａ、４７ｂ、４７ｃを離れる際に双方の塗膜の厚さにそのまま反映される。ベルト４１がさらに移動すると、ピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ上の液体がベルト４１上のベルト４１に沿った新しい位置にさらに堆積される。
【００３７】
装置４０を始動してからベルト４１が数回回転すると、ベルト４１とローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃの表面は略均等な液体１３の層で被覆された状態となる。ベルト４１が液体で被覆されると、塗布液１３の霧滴がベルト４１に到達する領域に三相（空気と塗布液とベルト）の湿潤線が形成されることはなくなる。このため、乾いたウェブに直接塗布する場合に比べて、塗布液１４をはるかに容易に塗布することができる。
【００３８】
ローラ４５とローラ４９で挟むと、ベルト４１上の湿潤塗膜の一部がターゲットウェブ４８上に転写される。ローラ４５と４９のニップでは液体の約半分しか転写されないため、吹付ヘッド１１のすぐ下流の領域ではベルト４１上の厚みの不均等性の割合は、転写ベルトを用いずに、また同数のローラを有する改善ステーションに被覆したウェブを通すことなく、乾燥ウェブに塗布する場合に比べて、はるかに小さくなる（例えば半分程度まで）のが普通である。定常運転では、塗膜がターゲットウェブ４８に転写されるのと同じ平均速度で吹付ヘッド１１から塗布液１３がベルト４１に加えられる。
【００３９】
ベルト４１と図４ａの任意のローラとの間、あるいはベルト４１とウェブ４８の間に速度差を持たせることもできるが、ベルト４１とピックアンドプレースローラ４４ａ、４４ｂ、４４ｃの間、あるいはベルト４１とウェブ４８との間には速度差をもたせない方が好ましい。その方が装置４０の機械的構造が簡素化されるためである。
【００４０】
図４ｂは図４ａのローラ４５、４９の拡大図である。図４ｂに示すように、ターゲットウェブ４８は多孔質である。ターゲットウェブ４８は必要に応じて非多孔質としても良い。ニップ圧を適宜調節することにより、湿潤塗膜が多孔質ターゲットウェブ内の細孔の中に浸透するのを制御し、多孔質ウェブの上表面に留めて、ウェブの他の表面、また好ましくはウェブの内部に浸透しないようにすることができる。これに対して、従来の静電吹付被覆やその他の吹付被覆技術を用いて多孔質ウェブに直接塗布を行った場合、霧化した液滴はウェブ内まで浸透することが多く、ウェブの細孔全体に完全に浸透する場合もある。織目の大きい織物ウェブや空隙率の大きい不織ウェブに関しては、特にこのことが言える。
【００４１】
図５ａと図５ｂは、隣接するレーン、重なり合うレーン、または別個のレーンにおいてウェブにストライプ状に塗布することのできる本発明装置５０の略側面図と略端面図である。一連の静電吹付ヘッド５１ａ、５１ｂ、５１ｃが、ウェブ５３の幅方向に間隔をおいた位置でウェブ５３に対して液体の噴霧５２ａ、５２ｂ、５２ｃを当てる。ウェブ５３はニップローラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃの上、回転式導電ドラム５５ａ、５５ｂ、５５ｃの下、引取ローラ５６ａ、５６ｂ、５６ｃの上を通過する。接地板５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄが静電吹付ヘッド５１ａ、５１ｂ、５１ｃ間の静電干渉を抑制する働きをするが、必要であれば変動電圧に曝すことにより静電干渉を生じさせて、静電界の一つまたはそれ以上を変化させるようにしても良い。ドラム５５ｂはドラム５５ａに塗布された塗膜用の改善ステーションの働きをし、ドラム５５ｃはドラム５５ａと５５ｂに塗布された塗膜用の改善ステーションの働きをする。
【００４２】
図５ｂに示すように、静電吹付ヘッド５１ａ、５１ｂ、５１ｃはそれぞれのレーンにおいてストライプ状に塗膜を塗布することができるように設置されている。当業者であれば理解されるであろうが、静電吹付ヘッド５１ａ、５１ｂ、５１ｃはこれ以外の横方向の位置に間隔をあけて設けても良いし、ドラム５５ｃの上にサイドパン１２ａ、１５ａのようなサイドパン等のマスキング装置（明解さを期すため図５ｂでは一方のみを図示）用いて、これを調節することにより塗膜の各ストライプの横方向の位置と幅を制御することができる。このように、塗膜のストライプは必要に応じて全体的または部分的に重ね合わせたり、突合せたり、被覆されていないウェブのストライプによって分離したりすることができる。当業者であれば理解されるように、静電吹付ヘッド５１ａ、５１ｂ、５１ｃにそれぞれ異なる塗布用化学品を容れて、複数種類の化学品をウェブ５３に同時に塗布するようにすることもできる。
【００４３】
図５ｃは、一つの回転式導電性ドラム１４またはその他の転写面と、複数の静電吹付ヘッド５９ａ、５９ｂを使ってそれぞれのレーンにストライプ状に塗膜を塗布することのできる本発明装置５８を示す略側面図である。図５ａおよび図５ｂの装置５０と同様に、装置５８の静電吹付ヘッド５９ａ、５９ｂも様々な横方向の位置に間隔をあけて配置して、サイドパン等のマスキング装置を用いて塗膜のストライプの横方向の位置および幅を制御するように調節できる。こうすることで装置５８の生成する塗膜のストライプを、必要に応じて全体的または部分的に重ね合わせたり、突き合わせたり、被覆されていないウェブのストライプによって分離したりすることができる。静電吹付ヘッド５９ａ、５９ｂが相互に十分に近接して配置されていれば、一方の静電吹付ヘッド５９ａまたは５９ｂにおいて静電界を変化させることにより、他方の静電吹付ヘッド５９ａまたは５９ｂの静電界を変化させ、両吹付ヘッドによって生成される液滴のパターンを変えることができる。
【００４４】
転写面（例えば図５ｃのドラム１４）の上方に２つ以上の吹付ヘッドを配置して、同一レーンに２種類以上の液体を堆積するように構成することができる。このような構成によって、独自の組成の組合せや積層塗膜を混合して塗布することが可能となる。例えば、無溶剤型シリコーン配合物の中には２種類の不混和性化学物質を用いるものがある。このような配合物は、混合すると混濁し、さらに相当な期間静置すると２相以上に分離する２種類のアクリル化ポリシロキサンを含む場合がある。また、多くのエポキシ・シリコーンポリマー前駆体等の重合可能な配合物は、残りの成分と不混和性の液体触媒成分を含有する。このような配合成分を連続するノズルから順次吹き付けることにより、各成分の配合と、ウェブ下流方向での成分濃度および厚さを調整することができる。連続して配設した吹付ヘッドの後に改善ステーションを通る塗布膜の通路を設け、これらを組合せて用いることにより、各成分の分離および合流を繰り返し行うことができる。このような構成は混合が難しい配合物や反応の速い配合物に特に有用である。
【００４５】
必要に応じて、不活性雰囲気または不活性でない雰囲気を用いることにより、液滴が吹付ヘッドから基板または転写面へと移動する際に液滴の反応を抑制または促進することができる。また、基板または転写面を加熱または冷却することにより、塗布液による反応を促進または抑制することができる。
【００４６】
静電界を周期的に電気的に変化させることと液滴のパターンを回転ドラムに塗布することに関しては、変更の期間とドラムの回転角振動数とを関係付ける計算式から本発明についての理解がより深められるであろう。周期τを有する変動電圧Ｖを典型的な静電吹付ヘッドに印加した場合、噴霧パターンも周期τで変動する。このような静電吹付ヘッドを用いて、半径Ｒ_Dを有し表面速度Ｓで移動する回転ドラム上に塗膜を堆積し、この塗膜をドラムの下に巻回されている移動ウェブに転写することができる。ここではウェブとドラム面とが同速度あるいはほぼ同速度で移動すると仮定する。ドラム面上の一点が短時間ｄｔに短距離ｄｓ移動すると、Ｓ＝ｄｓ／ｄｔとなる。ドラム上の一地点の回転を説明するには、ドラムの中心軸と座標系の原点とを一致させた円筒座標系を用いると便利である。２本の線のうち第１の線を空間に固定して、両方共中心軸に対して直角に引くことができる。第２の線は空間内をドラムと共に回転するように、中心軸からドラム面の固定点へと引く。これら２本の線の成す角度を角度θを用いて定義することができる。この場合、ドラムの回転に伴って角度θは時間ｔにおけるθから、時間ｔ＋ｄｔにおけるθ＋ｄθへと変動する。ドラム面上の一地点はこの時間ｄｔの間に距離ｄｓ移動することになる。距離ｄｓは弧長Ｒ_Dｄθによっても定義される。その結果、ω_D＝ｄθ／ｄｔをドラムの回転角振動数とするとき、ｄｓ＝Ｒ_Dｄθ＝Ｒ_Dｄθ（ｄｔ／ｄｔ）＝Ｒ_D（ｄθ／ｄｔ）ｄｔ＝Ｒ_Dω_Dｄｔとなる。従って、Ｓ＝ｄｓ／ｄｔ＝Ｒ_Dω_Dはウェブ速度Ｓをドラムの半径Ｒ_Dおよびドラムの回転角振動数ω_Dと関係付ける。同様に、ｔ＝０においてθ＝０の場合、θ＝２πでローラが１回完全に回転することになる。この１回の回転を行う時間を回転時間τ_Dと定義すると、ｄθ＝ω_Dτｄ_Dであるから、２π＝ω_Dτ_Dとなる。すなわち、角振動数と周期はω_D＝２π／τ_Dで関係付けられる。
【００４７】
このように角振動数とその周期を関係付けるという概念は、時間的に反復動作する装置に適用できる一般的な概念である。従って、噴霧に周期τで液滴のパターンを振動させた場合、その角振動数ωは周期τとω＝２π／τで関係付けられる。このような噴霧を周期τでウェブの横方向に変化させた場合、振動噴霧の角振動数はω＝２π／τとなる。振動噴霧の周期τを、ドラムが一回転するのに要する周期τ_Dより長くした場合、ドラムは噴霧パターンが１回の振動を完全に終えるより短時間で１回完全に回転することになる。ドラムは複数回の回転を行うかもしれないので、結果的にドラム上の特定個所に塗布パターンを繰り返し堆積することになる。Ｉ_Sを小さい方の整数、Ｉ_Lを大きい方の整数とするとき、Ｉ_Lτ_D＝Ｉ_Sτである場合に塗布パターンが反復される。τ_Dはドラムが１回回転する時間であるため、Ｉ_Lは噴霧パターンがドラム上に完全に同じように反復されるまでに必要なドラムの回転数となる。同様にＩ_Sは噴霧パターンがドラム上で反復するまでに必要な噴霧パターンの周期の数となる。周期を逆にしても同じことが言える。すなわち、τ_Dがτより大きい場合、Ｉ_Sを小さい方の整数、Ｉ_Lを大きい方の整数とするとき、Ｉ_Sτ_D＝Ｉ_Lτである場合に塗布パターンが繰り返されることになる。τ_Dはドラムが１回回転する時間であるため、Ｉ_Sはこの場合にはドラム上に噴霧パターンを繰り返すまでに必要なドラムの回転数を表し、Ｉ_Lが噴霧パターンがドラム上で反復するまでに必要な噴霧パターンの周期の数を表すことになる。
【００４８】
τ_Dが噴霧パターン周期τより小さいか大きいかが分かると、塗膜パターンを反復するために必要な実際の回転数を決定することができる。いずれの場合にも手続きは同じである。例えば、ドラムの回転時間τ_Dが噴霧パターン周期τより小さい場合を想定すると、Ｉ_Lτ_D＝Ｉ_Sτの基準を満足する必要がある。ドラムの半径Ｒ_Dが分かっており、噴霧の振動周期τを測定した場合、Ｎを必ずしも整数ではない数とした時にτ／τ_D＝Ｉ_L／Ｉ_S＝［τ／（２πＲ_D）］Ｓ＝Ｎとなる。ドラム上に出現する反復噴霧パターンに関する要件は、τ／τ_D＝Ｉ_L／Ｉ_S＝Ｎ、あるいは単にＮＩ_S＝Ｉ_Lまで減少される。整数Ｉ_Sの数値を求めるためには、展開表の欄の上から下へと整数１，２，３，．．．ｎを書き込み、対応するセルの隣の欄において各整数にＮを掛ける。これによって２番目の欄の積が整数になる一番目の列がＩ_Lの値を生むことになる。代替的に、Ｘを任意の数字とした場合、Ｘが整数の時に限ってＸ−ＩＮＴ（Ｘ）＝０となるため、展開表の１番目の欄においてＩ_iをｉ番目の整数（すなわちＩ₁＝１，Ｉ₂＝２，Ｉ₃＝３，．．．Ｉ_i＝ｉ，．．．Ｉ_n＝ｎ）として、展開表の２番目の欄の対応するセルにＮＩ_i−ＩＮＴ（ＮＩ_i）の値を入れても良い。この数値がゼロに等しい場合、１番目の欄の対応する整数がＩ_Sを表す。いずれの場合にも、上述の方法の何れかによってＩ_SかＩ_Lの何れかが求められれば、Ｎは既に分かっているのでもう一つの整数もＩ_L／Ｉ_S＝Ｎから求めることができる。その結果噴霧パターンがドラム上で反復するまでに必要なドラムの回転数と噴霧パターンの周期の数を求めることができる。
【００４９】
上述のように、本発明の方法および装置は塗膜の第２方向における均等性を改善するピックアンドプレース装置を２つ以上備える改善ステーションを利用することができる。移動ウェブへの塗布とウェブの幅方向での液滴パターンの変更を伴う方法の場合、この第２方向とは一般にウェブの下流方向である。改善ステーションに関しては、上記同時係属米国特許出願第０９／７５７，９５５号に記載されているが、さらに以下の通り説明することができる。図６を参照すると、基板（例えば連続ウェブ）６０上に呼称厚さｈの液体塗膜が設けられている。この呼称厚さより高い高さＨの変則的な局部スパイク６２が何らかの理由により形成された場合、あるいは変則的局部的な陥没部（呼称厚さより小さい深さＨ’の部分空洞６３または深さｈの空隙部６４など）が何らかの理由で発生した場合、被覆した基板の一部が欠陥品となって使用不能となる。改善ステーションは２つ以上のピックアンドプレース装置（図６では不図示）の塗布液で湿潤した表面を塗膜６１と定期的（例えば周期的）に接触させる。これによってスパイク６２のような塗膜の平坦でない部分を摘み取って基板の別の場所に配置したり、空洞６３や空隙６４のような塗膜の平坦でない部分に塗布材料を入れることが可能となる。ピックアンドプレース装置の配置周期は、装置の作用によって基板上の塗膜の欠陥が助長されることのないように選択される。必要に応じて、欠陥が出現した時に限ってピックアンドプレース装置を塗膜と接触させるようにしても良い。また、代替的に、接触地点の欠陥の有無に拘らずピックアンドプレース装置と塗膜を接触させるようにしても良い。
【００５０】
ウェブ６０上の塗膜改善のために本発明において使用できる種類のピックアンドプレース装置７０を示したのが図７である。ピックアンドプレース装置７０は装置７０がその周りで回転する中心ハブ７１を備える。装置７０は移動ウェブ６０の被覆幅に亘って延び、移動ウェブ６０はローラ７２上の装置７０を通って移送される。ハブ７１からは２本のラジアルアーム７３、７４が延設されており、これらのアームにピックアンドプレース面７５、７６が取り付けられている。ピックアンドプレース面７５、７６は湾曲されており、装置７０が回転すると単一の円弧を描くように構成されている。ピックアンドプレース面７５、７６の回転とウェブ６０に対する空間的関係により、ピックアンドプレース面７５、７６はローラ７２に相対してウェブ６０と周期的に接触する。ウェブ６０の幅Ａの接触ゾーンは、始点７７から分離点７７まで、ウェブ６０上の湿潤塗膜（図７では不図示）とピックアンドプレース面７５、７６とによって埋められる。分離点においては、ピックアンドプレース装置７０が回転を続け、ウェブ６０がローラ７２の上を移動するのに伴い、ある程度の液体がウェブと６０とピックアンドプレース面７５の両方に残ったままとなる。１回の回転が終わると、ピックアンドプレース面７５が液体の一部をウェブ６０の長手方向の新しい位置に配置する。その間にウェブ６０は、ウェブ速度にピックアンドプレース面７５が一回転するのに必要な時間を掛けた積に等しい距離だけ移動している。このようにして、塗布液の一部をウェブ上のある位置から取り上げて、それをウェブの別の場所に別の時に配置することができる。ピックアンドプレース面７５、７６の両方がこの作用を生み出す。
【００５１】
ピックアンドプレース装置の周期は、該装置が基板のある位置から湿潤塗膜の一部を取り上げた後、これを別の場所に配置するのに要する時間、あるいは装置の表面部分が連続して接触する２つの地点間の距離によって表すことができる。例えば、図７の装置７０が６０ｒｐｍで回転し、装置に対する基板の相対運動が一定とした場合、周期は１秒である。
【００５２】
２種類以上の周期、より好ましくは３種類以上の周期を有する複数のピックアンドプレース装置が使用される。最も好ましくは、このような周期の対がお互いの整数倍とならないようにする。ピックアンドプレース装置の周期は多くの方法で変更することができる。例えば、回転装置の直径を変える方法、回転装置または揺動装置の速度を変える方法、定位置にいる観察者から見た時に基板の長さ方向（例えばウェブの上流方向または下流方向）において装置をその初期の空間的位置に関して繰り返し（例えば連続的に）移動させる方法、あるいは回転装置の回転速度に関して基板の移動速度を変える方法などがある。周期は平滑的に変動する関数とする必要はなく、経時的に一定とする必要もない。
【００５３】
多くの種類の機構によって、液体を塗布した基板との周期的接触を生み出すことができ、多くの種類の形状と構造を有するピックアンドプレース装置を使用することができる。例えば、往復機構（例えば上下に動く機構）を用いてピックアンドプレース装置の塗布液で湿潤した表面を揺動させて基板と接触させたり分離させたりすることができる。ピックアンドプレース装置を回転させるのが好ましいのは、装置に回転運動を与えるのは簡単である上、装置を機械的磨耗に対して比較的耐性のある軸受け等の適当なキャリヤを用いて支持することができるためである。
【００５４】
図７のピックアンドプレース装置はダンベル形状で２つの非連続的接触面を備えているが、ピックアンドプレース装置は他の形状としても良く、非連続的接触面を備える必要もない。既に図１ａ、図３および図４ａに示したように、ピックアンドプレース装置を基板と接触する一連のローラとしたり、その湿潤側が一連の湿潤ローラおよび基板と接触する無端ベルトとしたり、あるいはこれらの組合せとしても良い。これらの回転式ピックアンドプレース装置は、基板と連続して接触させるのが好ましい。
【００５５】
移動するウェブまたはその他移動方向を有する基板に塗布する場合、回転ローラを用いた改善ステーションが好ましい。ローラは移動基板と同じ周速度、あるいはそれより低速または高速で回転させることができる。必要により、移動基板と反対方向に装置を回転させても良い。回転式ピックアンドプレース装置の少なくとも２つの回転方向を同じにし、かつ周期的な関係がないようにするのが好ましい。より好ましくは、ウェブ等の移動方向を有する基板上の塗膜を改善することを伴う用途に関しては、少なくとも２つのピックアンドプレース装置を基板と同じ方向にかつ略同じ速度で回転させる。最も好ましくは、ピックアンドプレース装置全部を基板と同じ方向にかつ略同じ速度で回転させる。このことは、基板に当接して基板の移動と共に運ばれる非駆動の共回転ローラを用いて容易に達成することができる。
【００５６】
図７に示すようなピックアンドプレース装置と塗膜を初期接触させると、材料に欠陥のある部分が生まれる。開始時はピックアンドプレース転写面７５、７６が乾燥しており、最初の接触が行われる時に、装置７０は領域Ａのウェブ６０上の第１位置においてウェブ６０と接触する。分離地点７７において、始点７８において領域Ａに入った液体のほぼ半分が転写面７５、７６を塗布液で湿潤させ、ウェブから除去される。例えここに到達する前の塗膜の厚さが均等で所望の平均厚さと等しいものであっても、このように液体が分割されることでウェブ６０上に塗膜厚さが小さく欠陥のある地点が生み出される。転写面７５または７６が第２位置においてウェブ６０と再び接触すると、第２の塗膜液との接触および分離が生じ、第２欠陥領域が生まれる。ところが、この塗膜の欠陥は第１の欠陥領域に比べて程度の低いものとなっている。この後順次接触する毎にウェブ上の欠陥領域は小さくなって行き、平均厚さからの偏差が次第に小さくなって遂には平衡に達する。このように、初期接触によってある時間にわたって周期的に厚さのばらつきが生み出される。これは欠陥が反復されるということであり、それ自体は望ましくないものであろう。
【００５７】
ウェブと転写面との間の液体の分割比率が常に一定値であるという保証はない。この分割比率には多くの要素が影響するが、これらの要素が予測不能であることが多い。分割比率が急激に変化すると、ピックアンドプレース装置を長時間運転していた場合でも、ウェブの下流方向に周期的な厚さのばらつきが生じる。ピックアンドプレース装置の転送面に異物が付着すると、装置は接触する度にウェブの下流方向に周期的な欠陥を生成する場合がある。従って、ピックアンドプレース装置を１つのみ使用した場合では、大量のスクラップ材料を生み出す可能性がある。
【００５８】
改善ステーションは塗膜の均等性を良好にするために、２つ以上、好ましくは３つ以上、より好ましくは５つ以上あるいは８つ以上のピックアンドプレース装置を用いる。ピックアンドプレース転送面上の塗布液が平衡値に到達した後に、塗膜の厚さが高かったり低かったりする不規則なスパイクがステーションを通過する場合がある。このような状態が生じて、しかも欠陥が接触する場合、単一のピックアンドプレース装置、または接触周期が同じである複数のピックアンドプレース装置のアレーがウェブと周期的に接触すると、ウェブの下流方向に周期的な厚さの欠陥を再び伝播する結果となる。この場合もスクラップが生み出されるため、当業者であればこのような装置を回避するであろうと思われる。長いウェブに元々の欠陥の像を多数含むものより、塗布ウェブの欠陥が一つだけの方がはるかに良い。従って、装置を１つだけとしたり、接触周期が同じまたは強化し合う一連の装置を用いることは非常に有害となり得る。ただし、ステーションに入る不規則な初期的欠陥または第１接触により生まれる欠陥は、欠陥を伝播するのではなく減少させるように接触周期を選択した２つ以上のピックアンドプレース装置から成る改善ステーションを使用することによって無くすことができる。このような改善ステーションは、長く延びる欠陥塗膜の代わりに、改良された塗膜の均等性を提供することができ、進入する欠陥を、その欠陥がもはや問題ではない程度まで低減することができる。
【００５９】
上述の静電吹付ヘッドと改善ステーションを組合わせて使用することにより、改善ステーションの出口においてウェブ下流方向に新たな塗膜プロファイルが生成される。すなわち、複数のピックアンドプレース装置を用いることにより、静電吹付ヘッドから塗布される塗膜の欠陥を修正することができる。これらの欠陥は、改善ステーションの第１装置により欠陥像として再伝播され、第２の装置および任意の後続装置によって伝播および再伝播された別の欠陥像によって変更される。これを建設的および破壊的加算の方法で利用して、結果がほぼ均等な厚みまたは厚さの変動が制御されたものとなるようにすることができる。実際に複数の波形を生成し、これらを各波形の建設的加算と破壊的加算が組み合さって所望程度の均等性が生まれるように加算する場合がある。やや見方を変えると、塗膜の乱れが改善ステーションを通過する際に、塗膜の一部が高くなっている地点から実際に摘み取られて、低い地点に配置される。
【００６０】
本発明の改善プロセスを数学的にモデリングすると、理解を深める上で役立つと思われる。モデリングは流体力学に基づくもので、観察可能な結果と良く一致する。図８は、周期的に接触するピックアンドプレース転写装置（図８には不図示）に接近するウェブ上の第１位置に位置する単独の不規則スパイク入力８１に関して、液体塗膜の厚さとウェブ長さ方向（流れ方向）の距離との関係を示すグラフである。図９〜図１３は、スパイク入力８１が１つ以上のピックアンドプレース接触装置と遭遇する場合の数学的モデルの結果であり、ウェブ沿いの液体塗膜の厚さを示している。
【００６１】
図９は、スパイク入力８１が単独の周期的ピックアンドプレース接触装置に遭遇する場合に、ウェブ上の第１位置に縮小されて残るスパイク９１と、ウェブ上の後続の第２位置に再伝播されて配置されるスパイク９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８を示している。当初入力されたスパイク８１のピークの長さを１長さ単位、高さを２厚み単位とする。接触装置の周期は１０長さ単位に相当する。入力欠陥の像が１０長さ単位の増分で６０長さ単位超の長さに亘って周期的に反復される。このため、欠陥をもって被覆されたウェブ、すなわち「不良」ウェブの長さは入力欠陥の長さに比べて大きく増加する。勿論、欠陥ウェブの正確な長さは、所望の最終用途に対して許容できる塗膜厚さのばらつきによって決まるものである。
【００６２】
図１０は、スパイク入力８１が、それぞれ１０長さ単位の周期を有し、２つの周期的同期ピックアンドプレース転写装置に遭遇する場合に、縮小してウェブ上の第１位置に残るスパイク１０４と、再伝播されてウェブ上の後続の第２位置に配置されるスパイク１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９のいくつかの振幅を示している。単独のピックアンドプレース装置を使用した場合に比べて、振幅の小さいスパイク像がウェブ上の長い距離に亘って発生している。
【００６３】
図１１は、連続して配設された周期１０と周期５の２つの周期的同期ピックアンドプレース接触装置を用いた場合に得られる塗膜を示したものである。これらの装置は周期的に関連した接触周期を有している。そのピックアンドプレース作用により、塗膜がウェブ上の周期的に関連した位置に堆積される。図１０と比較すると、スパイク像の振幅は余り小さくなっていないが、塗膜に欠陥のあるウェブの長さはやや短くなっている。
【００６４】
図１２は、１０、５、２とそれぞれ異なる周期を有する３つの周期的ピックアンドプレース装置を使用した場合に得られる塗膜を示したものである。周期１０の装置と周期５の装置は周期的に関連している。周期１０の装置と周期２の装置も周期的に関連している。しかし、周期５の装置と周期２の装置は周期的に関連しておらず（５は２の整数倍でないため）、従ってこの一連の装置は、ウェブ上の第１位置において塗膜と接触した後、第１位置からの距離に関して相互に周期的に関連しない第２位置と第３位置において塗膜と再接触することのできる第１および第２の周期的ピックアンドプレース装置を含んでいる。図９〜図１１に示した作用を有する装置に比較して、厚み偏差ははるかに小さく、塗膜に欠陥のあるウェブの長さもはるかに短くなっている。
【００６５】
図１３は、周期１０の第１装置と、周期５の第２装置と、周期２の第３〜第８装置から成る８つの接触装置を用いた場合の結果を示している。図９〜図１１に示した作用を有する装置に比較して、スパイク像の振幅が大幅に小さくなっており、塗膜の厚さの均等性に大きな改善が見られる。
【００６６】
不規則な欠陥がスパイクではなく陥没部（例えば被覆されていない空隙など）の場合にも、同様の塗膜の改善が達成される。
【００６７】
上述の不規則なスパイクおよび陥没部は、改善ステーションに呈示される一般的な種類の欠陥の一つである。次に重要な種類の欠陥が周期的に反復する欠陥である。言うまでもなく、塗膜製造装置においては、これら両方の種類の欠陥が同時に発生することも多い。連続的に走行するウェブにスパイクまたは陥没部が高さまたは深さの高低に関わらず周期的に連なって生じる場合、被覆装置のオペレータは欠陥の原因を探ってそれを取り除こうとするのが普通である。図７に示したような単独の周期的ピックアンドプレース装置では効果がないばかりか、塗膜の品質をますます悪化しかねない。しかし、図７に例示したものと機能的に同じ２つ以上の装置を用いて、装置の周期を適正に選び、これらの装置により塗膜に断続的周期的に接触すれようにすれば、塗膜の均等性を改善することができる。改善は不規則的ばらつきと連続的・周期的ばらつきの双方、またそれらの組合せにも見られる。一般に、個々の装置による接触の相対的タイミングを、望ましくない相加効果を回避できるように調節する努力をした場合により良い結果が得られると言える。塗膜と連続的に接触して走行するローラを使用することでこの問題を回避すると共に、やや簡単で好ましい解決策が得られる。ウェブ上を走行するローラ面が少しずつウェブに接触して行くため、ローラ面を断続的周期的に接触する表面を連結した連なりとみなすことができる。同様に、回転式無端ベルトもローラと同じ機能を果たすことができる。必要に応じて、メビウスの帯の形式のベルトを使っても良い。塗布技術に精通した者なら分かるであろうが、楕円形のローラやブラシなど他の装置を用いても、改善ステーションにおいて周期的ピックアンドプレース装置として作用させることができる。装置が精密な周期性を有する必要はなく、単に繰り返し接触するだけで良い。
【００６８】
図１４は、振幅の等しい反復性スパイク入力が連続して周期的に接触するピックアンドプレース転写装置に接近する場合の、液体塗膜の厚さとウェブに沿った距離の関係を示すグラフである。ピックアンドプレース装置がこの反復性欠陥に周期的かつ同期的に接触すると共に、その周期が欠陥周期と等しい場合、装置の始動時から何らの変化も生まれない。装置の周期が欠陥周期の整数倍である場合にもこのことが言える。この接触工程のシミュレーションが示すように、周期が入力される欠陥周期より短い場合は単独の装置ではより多くの欠陥スパイクが生み出される。図１５は、周期１０の反復性欠陥が周期７の周期的ピックアンドプレースローラ装置に遭遇する場合の結果を示したものである。
【００６９】
複数の装置を使用し、それらの装置の接触周期を適正に選択することにより、肉眼で見ても不均等な塗膜の品質でさえ実質的に改善することができる。図１６と図１７は、図１４の欠陥パターンを有する塗膜を、それぞれの周期が相互に関連しているとは限らない７つまたは８つの周期的ピックアンドプレースローラ装置に連続してかけた場合のシミュレーションの結果を示している。図１６では、装置の周期を７、５、４、８、３、３、３としている。図１７では、装置の周期を７、５、４、８、３、３、３、２とした。どちらの場合も、最も高いスパイクの振幅が７５％超縮小した。このようにスパイクの数が増えても、塗膜厚さの均等性において有意の改善が見られた。
【００７０】
乾燥、硬化、ゲル化、結晶化、相の変化など経時的に生じる要因が、使用されるローラの数を制限する場合がある。塗布液が揮発性の成分を含む場合、多くのローラを通って移動するのに必要な時間によって、液体が固化する程度まで乾燥が進行する場合がある。後で詳述するように、改善ステーションによって乾燥が実際に促進される。いずれにしても、何らかの理由により、改善ステーションの動作中にローラ上で塗膜相の変化が生じると、通常はウェブ上の塗膜に途絶やパターンが生じる結果となる。従って、一般にはできるだけ少ない数のローラを用いて、所望の程度の均等性をもつ塗膜を製造するのが好ましいと考えられる。
【００７１】
図１８は、大きさは等しいが速度の異なる一連のピックアンドプレースローラ接触装置を用いた改善ステーション１８０を示す。液体を塗布されたウェブ１８１は、改善ステーション１８０に入るまでにその一面が被覆（図１８に不図示の静電吹付ヘッドにより）されている。ウェブ１８１上の液体塗膜の厚さは、ピックアンドプレース接触装置のローラ１８２に接近する際のどの瞬間にもウェブの下流方向で空間的に変化する。位置を固定した観察者から見れば、塗膜の厚さは時間的に変動しているようにも見える。このような変動は、ウェブの下流方向において一過性の成分、不規則的成分、周期的成分、そして一過性の周期的成分を含んでいる。ウェブ１８１は、アイドラーローラ１８３、１８５によってステーション１８０を通る経路に沿って導かれ、ピックアンドプレース接触装置の各ローラ１８２、１８４、１８６、１８７と接触する。経路はウェブの湿潤被覆側がピックアンドプレースローラと物理的に接触するように選択される。ピックアンドプレースローラ１８２、１８４、１８６、１８７（図１８では同径に示されている）は、ウェブ１８１と共に、しかし相互に異なる速度で回転するように駆動される。各ローラの速度はウェブ１８１上の塗膜の均等性を改善するように調節される。ピックアンドプレースローラ１８２、１８４、１８６、１８７のうち少なくとも２つ、好ましくは２つ以上のローラの速度を異なるものとし、しかも相互に整数倍とならないようにする。
【００７２】
ここでピックアンドプレースローラ１８２について見ると、液体塗膜は分離地点１８９において分割される。塗膜の一部はウェブと共に前進を続けるが、残りはローラ１８２と共に、その回転に伴って分離地点１８９から離れて行く。分離地点１８９直前の塗膜の厚さのばらつきは、ウェブ１８１とローラ１８２が分離地点１８９を離れる際に、ウェブ１８１上の液体の厚さとローラ１８２の表面上の液体の厚さの双方にそのまま反映される。ウェブ１８１上の塗膜がまずローラ１８２と接触してローラ１８２が１回転すると、ローラ１８２上の液体とウェブ１８１に乗って来る液体とが入口地点１８８において出会い、それによって入口地点１８８と分離地点１８９との間のニップ領域１９６を満たす液体が形成される。領域１９６に空気が連行されることはない。位置を固定した観察者から見ると、領域１９６に入る液体の流速は、ウェブ１８１に乗って入って来る液体とローラ１８２に乗って入って来る液体の速度を合計したものとなる。ローラ１８２の正味の作用は、ウェブ１８１上の一地点においてウェブから材料を取り、その材料の一部をウェブ上の別の位置に戻すことにある。
【００７３】
同様に、分離地点１９１、１９３、１９５においても液体塗膜が分離される。塗膜の一部が入口地点１９０、１９２、１９４においてウェブ１８１と再接触し、ウェブ１８１に再塗布される。
【００７４】
上述のような断続的ピックアンドプレース接触装置を並べたものによっても、ウェブ上の液体塗膜の厚さの不規則的または周期的なばらつきの程度が減少し、望ましくは図１８の周期的接触ローラのピックアンドプレース作用によりばらつきが実質的に解消されると思われる。また、上述の装置を用いた場合でも、ウェブ上の液体被膜と接触して走行する一つのローラまたは周期的に関連付けられた一連のローラは一般的に言って、欠陥を伝播して、費用のかかるスクラップを大量に生み出す傾向がある。
【００７５】
複数のピックアンドプレースローラを使用することによって、連続するスパイクまたは陥没部の振幅を実質的に減少することと、これらを結合することにより連続的にやや変動するがスパイクおよび陥没部のない均等性の高い塗膜を形成することを同時に実現することができる。図１８に示したように、このことは異なる速度で駆動される同径のローラ装置を用いて達成することができる。図１ａ，図３および図４に示したように、ローラ装置の径を変えることによっても達成することができる。ローラが独立して駆動されるのではなく、ウェブの牽引力によって回転される場合、各ローラの周期はその直径および湿潤ウェブの牽引力と関係する。大きさの異なるローラを選択するには、初期設定の段階で余分な時間を要するが、ローラは非駆動でウェブと共に回転できるため、改善ステーションにかかる全体的なコストは大幅に削減されることになる。
【００７６】
詳細な数学的シミュレーションはない場合、ピックアンドプレースローラの径の組合せ、従ってローラの周期の組合せを決定する上で推奨される実験手順を以下に示す。まず、ウェブへの塗布量を連続的に測定し、改善ステーションへ入る望ましくない周期的欠陥の進入周期Ｐを求める。次にその進入周期の整数の倍数および約数を避けながらそれより小さい周期からそれより大きい周期までの範囲の周期を有する一連のピックアンドプレースローラの径を選ぶ。この群の中から、その一つで均等性を最も改善できるローラを決定する。群の残りのローラの中から、最初に選択したローラと共に使用した場合に均等性を最も改善できる第２のローラを選択する。最初の２つのローラが決まったら、残りのピックアンドプレースローラの中から最も改善できるものを一つずつ選んで行く。最良のローラの組合せは、使用する均等性の基準および改善前にウェブ上に存在する当初のばらつきによって決まるものである。好ましいと考えられるローラの組合せは、進入欠陥の周期に０．０３を増分として０．２６〜１．９７の範囲の数を掛けた積に等しい周期Ｑを有するローラを含む組合せである。例外がＱ＝０．５、０．８、１．１、１．２５、１．４、１．７である。ｎを整数、ｋ＝１／ｎとする時、（Ｑ＋ｎＰ）および（Ｑ＋ｋＰ）の周期も推奨される。
【００７７】
図１９は改善ステーション２００に使用される厚さ監視・制御システムを示している。このシステムによると、改善ステーションの１つ以上のピックアンドプレース装置の周期で塗膜厚さのばらつきと調節を監視することができ、それによって塗膜の均等性の改善やその他所望の変更を行うことができる。このことは、進入してくる偏差の周期が変化する場合に特に有用である。図１９を参照すると、ピックアンドプレース転写ローラ２０１、２０２、２０３が電動駆動システム（図１９では不図示）に取り付けられており、電動駆動システムは制御器２５０からの信号に応じて各ローラの回転速度を個別に制御することができる。回転速度は必ずしも一致させる必要はなく、また基板２０５の速度にも一致させる必要はない。センサ２１０、２２０、２３０、２４０は、基板２０５またはその塗膜の１種以上の特性（例えば厚み）を検知することができ、ピックアンドプレースローラ２０１、２０２、２０３の何れか一つまたはそれ以上の前後いずれかに配置することができる。センサ２１０、２２０、２３０、２４０は信号線２１１、２１２、２１３、２１４を介して制御器２５０に接続される。制御器２５０はセンサ２１０，２２０、２３０、２４０の何れか一つまたはそれ以上からの信号を処理して、所望のロジックおよび制御関数を適用し、適切なアナログまたはデジタル調整信号を生成する。これらの調整信号は一つまたはそれ以上のピックアンドプレースローラ２０１、２０２、２０３用の電動部に送られ、一つまたはそれ以上のローラの速度調整を行う。一実施形態では、自動制御気２５０をマイクロプロセッサとし、ローラ２０１の出力側の塗膜厚さの標準偏差を計算し、制御機能を実施して改善された塗膜厚さの最小標準偏差を求めるようにプログラムすることができる。ローラ２０１、２０２、２０３の制御が個々に行われるか、共通して行われるかにより、残りのピックアンドプレースローラの後ろに配置されたセンサからの一変数または多変数閉ループ制御アルゴリズムを用いても、塗膜の均等性を制御することができる。センサ２１０、２２０、２３０、２４０は、光学比重計、β計、静電容量計、蛍光計、吸光度計など、多様な検知システムを用いることができる。必要であれば、センサの数をピックアンドプレースローラより少なくしても良い。例えば、センサ２４０のような単独のセンサを用いて塗膜の厚さを監視させ、順次あるいはその他の方法でピックアンドプレースローラ２０１、２０２、２０３に対して制御機能を実施させることができる。
【００７８】
上記のように、改善ステーションは、作動前あるいは作動中に回転速度を選択または変更できる駆動式のピックアンドプレースローラを使用することができる。ピックアンドプレースローラの周期は他の方法でも変更することができる。例えば、ローラの表面速度は一定としたままでローラの径を変えても良い（例えばローラを膨縮させる等の方法により拡大または収縮させる方法で）。ローラの径は一定とする必要はなく、必要であればその断面形状を中高、皿形、円錐形等とすることができる。このような形状とすることで、ローラの組合せの周期を変える助けとなる。また、ローラの位置やロール間の基板経路の長さを作動中に変えることもできる。ローラの一つまたはそれ以上をその回転軸が基板経路に対して直角とならないように（あるいは常に直角とならないように）配置しても良い。このように配置にすると、そのローラは取り上げた塗膜を基板の横方向にずれた位置で再塗布するため、性能を向上させることができる。静電吹付ヘッドへ供給される液体の流速を例えば周期的に変調し、その周期を変更するようにしても良い。このような変更は全て、上記のローラの大きさに関する法則に代わるものとして、あるいはそれに付加するものとして有用であり、全て改善ステーションの性能と最終的に得られる塗膜の厚さの均一性に影響を与えることができる。例えば、ピックアンドプレース装置の一つまたはそれ以上の相対速度または周期性、あるいは装置の一つまたはそれ以上と基板との間の装置速度または周期性を少し変化させることが、性能の向上に有効であるという知見を得た。このことは、使用するローラの大きさまたは周期の数が少ない場合に特に有用である。使用する変更は無作為でも管理されたものでも良い。個別のモータを用いてローラをそれぞれ独立して駆動し、モータの速度を変えることにより変更を達成するのが好ましい。当業者であれば理解されるように、回転速度の変更は他の方法、例えば変速装置、プーリまたはスプロケットの径を変更するベルトとプーリのシステムまたはギヤチェーンとスプロケットのシステム、リミテッドスリップ・クラッチ、ブレーキ、または直接駆動されるのではなく他のローラとの接触により摩擦駆動されるローラなどを使用する方法によっても達成することができる。変更は周期的としても非周期的としても良い。非周期的変更には、断続的な変更と、時間的な線形ランプ関数、ランダムウォーク等の非周期的関数に基づく変更が含まれる。このような変更の全てが、一定数のローラを含む改善ステーションの性能を向上することができると考えられる。速度の変更により振幅が平均で０．５パーセントまで低くなる改善された結果が得られる。
【００７９】
定常的速度差も有用である。この方法では、性能の低下を回避する回転速度を選択することが可能になる。回転速度を一定とすると、ローラの大きさを選択することで性能の低下を回避するのが好ましい。
【００８０】
液滴のパターンを変更できる静電吹付ヘッドと改善ステーションとを組合わせて使用することにより、相補的な利点を得ることができる。静電吹付ヘッドは基板または転写面、転写面から基板へと液滴のパターンを塗布する。吹付ヘッドへの流速を一定に保ち、基板の移動速度を一定として、大部分の液滴が基板に堆積するか基板へと転写される場合、液体の平均的な付着性はほぼ均等となる。ところが液体は通常の場合、間隔が不十分な液滴の状態で付着するため、塗膜の厚みに局部的ばらつきが生まれる。静電界の変更が液滴のパターンをウェブ横断方向に変化させ、塗膜の厚みの大きい地点と小さい地点をウェブ横方向に前後して移動させる場合がある。改善ステーションはこのようなウェブ横方向の厚みのばらつきを取り除くことができる。改善ステーションはまた、液滴を連続的塗膜に変更すること、塗膜を均等性を向上させること、あるいは液滴を延展するのに要する時間および機械長を短縮することができる。初期液滴をローラ等の選択されたピックアンドプレース装置と接触させ、液体の一部を除去した後、これを基板上の別の場所に戻すという動作によって、基板の表面被覆率が増し、被覆地点間の距離が短くなり、場合によっては液滴の密度が高くなる。改善ステーションはまた、液滴と基板に対する押圧力を生むことにより、液滴の延展速度を速める働きもする。吹付ヘッドからの液滴のパターンを変えることにより（特に流れ方向以外の方向においてパターンを変えることにより）、改善ステーションの有効性を増すことができる。このように、静電吹付ヘッドと選択されたピックアンドプレース装置を組合わせて使用することにより、最終的に得られる塗膜の均等性が向上する。
【００８１】
換言すると、上述の静電界の変更および液滴パターンの変更は、その位置が流れ方向以外の方向において前後に移動する厚みのばらつきを有する意図的に変更可能な塗膜を改善ステーションにかけることによって、塗膜の均等性を改善する。
【００８２】
液滴の平均径が所望の塗膜の厚さより小さく、しかも吹付被覆速度が連続的な塗膜を生成できるだけの速さであっても、吹付の統計的性質により塗膜の厚さに不均等性が生まれる。この場合も、ローラその他の選択されたピックアンドプレース装置を用いることで塗膜の均等性を向上させることができる。
【００８３】
静電吹付ヘッドとピックアンドプレース装置という効果的な組合せに関しては、個々の用途ごとに実験的に試験を行うか、シミュレートすることができる。本発明を使用することにより、固体１００％の塗料組成物を空隙の無い、あるいは実質的に空隙の無い、平均厚さが非常に小さい硬化塗膜に変更することができた。例えば、厚さが１０μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、さらには０．１μｍ未満の塗膜でも容易に得ることができる。厚さ１０μｍ超（例えば１００μｍ超）の塗膜も得ることができる。このように厚さの大きい塗膜の場合、ピックアンドプレース装置の一つまたはそれ以上（あるいは全部）の表面に溝、刻み目、食刻等の表面模様を付け、厚くなった湿潤塗膜を収容できるようにすると良い。
【００８４】
改善ステーションは、乾燥基板を製造するのに要する時間を大幅に短縮し、塗膜の厚み変動を大幅に緩和することができる。改善ステーションが塗膜の厚み変動を小さくできる理由は、既に上で述べた通りである。改善ステーションに進入する塗膜が既に均等であっても、改善ステーションは乾燥速度を大幅に速くする。理論に縛られるわけではないが、湿潤塗膜をピックアンドプレース装置と繰り返し接触させることで、露出される液体表面が増え、それによって熱・質量伝達速度が速くなると考えられる。基板上の液体を繰り返し分離し、除去し、再付着させることもまた、温度および濃度勾配を大きくし、熱・質量の伝達速度を高めることにより、乾燥速度を速めることができると考えられる。さらに、ピックアンドプレース装置が湿潤基板に近接しかつ湿潤基板に対して移動することによって、湿潤塗膜の液体面付近にある律速境界層の破壊を助けると考えられる。これらの要素の全てが乾燥を助けると思われる。移動ウェブを伴う工程においては、これによって被覆ステーションから下流の乾燥ステーション（例えば乾燥炉または送風機）を小型化または短縮することができる。必要により、改善ステーションを乾燥ステーションまで延設しても良い。
【００８５】
本発明の装置と方法を用いて多様な可撓性または剛性の基板に塗膜を塗布することができる。これらの基板には紙、プラスチック（例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリエステル類、フェノール類、ポリカーボネート類、ポリイミド類、ポリアミド類、ポリアセタール類、ポリビニルアルコール類、フェニレンオキシド類、ポリアリルスルフォン類、ポリスチレン類、シリコーン類、尿素類、ジアリルフタレート類、アクリル類、セルロース・アセテート類、ポリ塩化ビニル等の塩化ポリマー類、フルオロカーボン類、エポキシ類、メラミン類など）、ゴム、ガラス、セラミックス、金属、生物起源の材料、およびこれらの組合せまたは複合物などが含まれる。必要に応じて、塗膜の塗布前に基板の前処理を行うことにより（例えば下塗剤、コロナ処理、火炎処理等の表面処理により）、基板表面の塗膜受容性を高めることもできる。基板は実質的に連続的なもの（例えばウェブ）としても良いし、有限長のもの（例えばシート）としても良い。基板は多様な表面トポグラフィー（例えば平滑、表面模様付き、型押し、微細組織、多孔質など）と多様な内部特質（例えば全体的に均質、不均一、波形、編組状、非編組状など）を持つものとすることができる。例えば、微細組織の基板に塗布する場合（そして目標とする微細組織を基板の上面として基板上方から塗膜を塗布する仮定する）、微細組織の最上部に塗膜を容易に塗布することができる。塗布液の表面張力と、ニップ圧の印加（ニップ圧がある場合）と、微細組織の表面エネルギーおよび表面形状とによって微細組織の最下部（例えば谷部）に塗布が行われるかどうかが決まる。必要に応じて基板の予備帯電を行えば、微細組織の谷部の中に塗膜を付着させるのを助けることができる。図１ａ〜図３に示したようなドラム転写法あるいは図４ａ〜図４ｂに示したような転写ベルト法を用いて繊維質ウェブに塗布する場合、塗膜の浸入深さは主としてウィッキングフロー（ｗｉｃｋｉｎｇｆｌｏｗ）によって決まる。
【００８６】
基板の用途は、テープ、膜（燃料電池膜など）、絶縁、光学フィルムまたは成分、写真フィルム、電子フィルム、回路、または成分、それらの前駆体など多岐に亘る。基板は塗布層の下に一層のみとしても良いし、多層としても良い。
【００８７】
以下に実施例をあげて本発明についてさらに説明するが、特に断らない限り、ここで使用する部およびパーセントは全て重量部および重量パーセントである。
【実施例１】
【００８８】
厚さ３５μｍ、幅３０．５ｃｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）のウェブをアイドラーローラの上、直径５０．８ｃｍ，幅６１ｃｍの接地したステンレス鋼ドラムの下、別のアイドラーローラの上に通した。このウェブをドラム周囲の約半分に接触させた。ドラムを移動ウェブの表面速度の同じ速度、すなわち７．６２ｍ／分の速度Ｓで回転させた。従って、ドラムの回転角振動数ω_D＝Ｓ／Ｒ_Dは０．５^-1秒、回転周期τ_D＝２π／ω_Dは１２．５７秒であった。
【００８９】
ＨＰ６２１６Ａ０−３０ＶＤＣ電源（ヒューレット・パッカード社（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ，Ｉｎｃ．））とＰＭ５１３４関数発生器（フィリップス・エレクトロニクス社（ＰｈｉｌｌｉｐｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＮＶ））をＰＳ／ＷＧ−５０Ｎ６−ＤＭ５０ｋＶＤＣ６ミリアンペア負出力高圧電源（グラスマン・ハイヴォルテージ社（ＧｌａｓｓｍａｎＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＩｎｃ．））の入力に直列に接続した。ＨＰ６２１６Ａ電源を約６．５ＶＤＣに調節し、ＰＭ５１３４関数発生器はＨＰ５３１５Ｂ万能カウンタ（ヒューレット・パッカード社（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ，Ｉｎｃ．））で測定した周期が２７．４秒の交流正弦波を出すように調節した。フリューク８０００Ａディジタルマルチメータ（フリューク社（ＦｌｕｋｅＣｏｒｐ．））を用いて測定したグラスマン高圧電源への入力電圧が４．５１ボルトから８．６２ボルトまで変化するまで、正弦波の振幅を大きくした。この振動性入力により、出力電圧には−２２．６ｋＶから−４２．６ｋＶへの変化が認められた。グラスマン電源の出力を、直列接続された２００ＭΩ安全抵抗器２つを介して、米国特許第５，３２６，５９８号に記載されているようなエレクトロスプレーモードで動作し得る静電吹付ヘッドのダイワイヤに送った。合計４００ＭΩの安全抵抗により、ダイワイヤーに誤って触れても、電源から１２５マイクロアンペア以下が連続的に引き出されることはないようにした。吹付ヘッドの電界調整用電極（「抽出棒」とも呼ばれる）は接地した。ダイワイヤをドラム表面から１０．８ｃｍの一定距離に保持した。吹付ヘッドのスロットは幅３３ｃｍとした。しかし、霧化した液滴の噴霧の中の電荷反発により、吹付ヘッドはドラムに幅３８ｃｍの噴霧を吹き付けることができた。
【００９０】
幅１４ｃｍ、長さ２５．４ｃｍの接地したサイドパンを吹付ヘッド両端の下方、ドラムの直ぐ上の位置に配設した。サイドパンは塗布領域を隠蔽すると共に、余分な塗料を流し出した。サイドパンは滑り棒の上を側方に調節して、塗布幅を１０ｃｍから３０ｃｍまでとすることができた。サイドパンの間を落下する噴霧のみがドラムに到達するようにした。サイドパン間の間隔を３０．４ｃｍとして、ウェブの全幅の塗布が行えるようにした。
【００９１】
全体的外径が１０．２ｃｍのニップローラをドラムに当接して配置し、２つの空気シリンダにより０．２７６Ｍｐａのニップ圧で定位置に保持した。ニップローラは、８０デュロメータ硬度の厚さ０．７９４ｃｍの高分子被覆層を備えるものとした。
【００９２】
米国特許第５，８５８，５４５号の実施例１０に記載されているような無溶剤型シリコーンアクリレートから成る紫外線硬化性剥離塗料組成物を調製し、１００部あたり０．３部（ｐｐｈ）の２，２’−（２，５−チオフェンジイル）ビス「５−ター−ブチルベンゾオキサゾール」（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社（ＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓＣｏｒｐ．）製ＵＶＩＴＥＸ（商標）−ＯＢ蛍光色素）を添加して改質した。
【００９３】
この剥離組成物を、回転式金属ドラム上に厚さ１．２μｍの塗膜を形成できる流速でドラム上部に静電吹き付けした。ドラムを数回回転させると、ドラム表面は剥離塗料で湿潤し、平衡状態に達した。ドラムが静電吹付ヘッドを通過して回転するに伴い、静電噴霧の霧滴が接地されているドラムに引き付けられ、ドラム上で霧滴の電荷が消失した。
【００９４】
１列の液体噴霧が吐出ワイヤからドラムに向けて発射され、ドラム上に霧化された液滴から成る変動パターンが形成された。グラスマン電源電圧を最大の−４２．６ｋＶとした時、ワイヤ沿いに１ｃｍあたり約２つから３つの噴霧が形成された。静電界が弱まるにつれて、噴霧の数が減少し、噴霧と噴霧の間隔は大きくなった。静電界を周期的に変化させることにより、噴霧をドラムの幅方向に前後に移動させ、ドラムの全域に塗膜厚ところと薄いところから成る転移領域を形成した。塗膜の厚い領域と薄い領域は、湿潤塗膜にモデル８０１（Ｍｏｄｅｌ８０１）「暗光」蛍光灯（ヴィジュアル・イフェクツ・インコーポレイテッド（ＶｉｓｕａｌＥｆｆｅｃｔｓ，Ｉｎｃ．））を照射することによって、観察し易くなった。
【００９５】
ダイワイヤはダイより長くすると共に、ダイワイヤの湿潤していない部分がコロナ放電を始めるため、非線形電流はグラスマン電源電圧が発振するのに伴って安全抵抗器を通過した。塗布液の無いときに、安全抵抗器のある状態と無い状態でグラスマン電源において行った電流・電圧測定値から、ダイワイヤの電圧は一周期に−２２ｋＶから−２５ｋＶの間で変化すると推測された。コロナ放電に関する電流電圧の関係は線形でないため、ワイヤ上の電圧の変動は正弦的でなかった。それにも拘らず、ワイヤ上の噴霧間の距離は、周期的に徐々に大きくなった後小さくなることが観察された。変動に非正弦的な性質があることも観察された。当業者であればお気づきと思われるが、安全抵抗器を除去することによって、ダイワイヤに正弦的な電圧変動を生じさせることができた。
【００９６】
ドラムが１回転するのに要する時間は、グラスマン電源の１回の発振にかかる時間より短くした。τ_D（１２．５７秒）はτ（２７．４秒）より小さいため、塗布パターンの反復はＩ_Sを小さい方の整数、Ｉ_Lを大きい方の整数とする時Ｉ_Lτ_D＝Ｉ_Sτの要件から決定することができる。τ_Dはドラムが１回転する時間であるため、Ｉ_Lは吹付パターンがドラム上に反復されるまでに必要なドラム回転数である。反復塗布パターンの基準としてτ＝２７．４秒、Ｒ_D＝０．２５４ｍ、Ｓ＝７．６２ｍ／分、Ｎ＝τ／τ_D＝Ｉ_L／Ｉ_S＝［τ／（２πＲ_D）］Ｓ＝２．１８、ＮＩ_S＝Ｉ_Lとした場合、展開表計算を行うと整数の結果を与える最初の積が２．１８（５０）＝１０９であることが分かる。従って、ドラム上のある地点に同じ塗布パターンが現れるまでに、ドラムは１０９回回転を行うということになる。同様に、液滴パターンの振動についても、ドラム上の反復地点に同一の液滴パターンが着地するまでに５０回の振動を繰り返すことになる。いろいろなウェブ速度または吹付パターンの振動に関して展開表計算を行い、０．００２の増分でτ／τ_D＝２．１７からτ／τ_D＝２．２となった結果を示したのが図２０である。パターン周期をごく僅か大きくした場合（例えば２７．４秒から２７．６５秒へ）、あるいはウェブ速度をごく僅か速くした場合（例えば７．６２ｍ／分から７．６９ｍ／分へ）、τ／τ_D＝２．２となり、展開表計算の結果は２．２（５）＝１１となる。このように僅かに大きくしたときの噴霧は、ドラム１１回転ごと、吹き付け５周期ごとに反復パターンを有することになる。
【００９７】
ドラムが移動ウェブを通過して回転するに従って、塗布した液滴がウェブ面と接触した。ニップローラが液滴を延展させ融合して空隙の無い塗膜を形成した。ニップローラの表面の一箇所に深い打痕を設けることにより、塗膜に観察可能な欠陥を生じさせた。
【００９８】
ウェブが回転ドラムを離脱する際に、一部の塗布液がドラム上に残存し、残りの塗布液はウェブ上に残存した。暗光を用いて分離地点直後のウェブを観察したところ、塗膜の薄い転移領域がウェブに転写されたことが分かった。
【００９９】
被覆されたウェブは８つのローラから成る改善ステーションを巡らせ、ウェブの湿潤側を８つのピックアンドプレースローラと接触させた。ニップから改善ステーションまでの経路長は０．８６ｍ、改善ステーションを通る経路長は１．１４ｍであった。８つのローラの径はそれぞれ５４．８６ｍｍ、６９．５２ｍｍ、３９．６５ｍｍ、５６．９０ｍｍ、４１．６６ｍｍ、７２．８５ｍｍ、６６．０４ｍｍ、５２．５３ｍｍとし、全てについて許容差を±０．０２５ｍｍとした。ローラはウェベックス社（ＷｅｂｅｘＩｎｃ．）から、１６Ｒａに仕上げたクロムめっき面を有する動的に同調した鋼製ライブシャフトローラとして入手した。改善ステーションは、ニップローラに付けた圧痕によって生じた観察可能なパターンも含めて、ウェブの被覆されていない領域を完全に無くし、暗光照射を用いて評価したときに視覚的にはるかに均等性の向上した塗膜を形成した。
【実施例２】
【０１００】
実施例１の方法、ウェブおよび塗料組成物を使用し、サイドパンの可変分離幅を３０．４ｃｍ未満に調節した。ウェブ速度を７．６２ｍ／分に固定し、ニップ圧０．２８ＭＰａで厚さ１．２μｍの塗膜をウェブに塗布した。暗光照射を用いて評価すると、いずれのサイドパン分離距離においても均等な塗膜が獲得された。
【実施例３】
【０１０１】
実施例１の方法、ウェブおよび塗料組成物を使用し、ウェブに再度剥離剤を塗布した。ダイワイヤ上の汚れの細かい繊維片が原因となって、ダイの一端部付近の流速の方がやや高くなった。これによって塗膜の厚い領域が生まれ、塗布されたウェブ試料をＬＳ−５０Ｂ型蛍光分光計（パーキン・エルマー・インスツルメンツ社（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ））のセンサの下を通過させたとき、ダイワイヤの問題の端部付近の蛍光強度が高くなっていることによって観察することができた。ウェブの残りの部分については、蛍光強度が均等であることから分かるように、非常に良好な塗膜の均等性を示した。
【０１０２】
被覆ウェブ試料の上側（被覆側）と裏側に幅２．５４ｃｍのＮｏ．８４５ブックテープ（ＢｏｏｋＴａｐｅ）（３Ｍ社）を貼付し、被覆していないウェブからなる対照試料の上側と裏側にもこれを貼付して、剥離特性の評価を行った。両試料を室温または７０℃で３日ないし７日老化させた。テープを２．３ｍ／分の速度で除去するのに必要な１８０°の剥離力を測定することによって、塗布された塗膜の性質を評価した。剥離したテープ試料を清浄なガラスに再添付した後、このテープをガラスから除去するのに必要な１８０°の剥離力を測定することによって塗膜の転写を評価した。試料の内訳、剥離力の値は次の表Ｉに明記したとおりである。
【０１０３】
【表１】

【０１０４】
表Ｉのデータが示すように、塗布された塗布膜は優れた剥離性を示し、ブックテープの接着剤への剥離塗膜の転写を生じることはなかった。塗膜を７０℃で加熱老化させた後でも、塗布された塗膜に対する接着剤の優れた剥離性と再付着性は維持された。例えば、テープをガラスから剥離する際、対照試料（７日、７０℃）の剥離力は±６％変動した。これに対し、テープをガラスから剥離する際の被覆試料（７日、７０℃）の剥離力は±８％変動した。このように剥離力の変動値が類似しているのは、被覆したＰＥＴ試料と被覆していないＰＥＴ試料の表面形態が非常に似ているためである。従ってこのデータは、非導電性ウェブの上に均等に薄い膜を塗布するのに本発明が有効であることを証明するものである。
【０１０５】
当業者には明らかなように、本発明は発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な修正および変更を加えることができる。以上の記載は説明のみを目的としたものであり、本発明がこれに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１ａ】本発明装置の略側面図である。
【図１ｂ】図１ａの装置の静電吹付被覆ヘッドと導電性転写面を示す斜視図である。
【図１ｃ】図１ａの装置の静電吹付被覆ヘッドと導電性転写面を示す別の斜視図である。
【図２ａ】吹付被覆中に静電界を変化させるために使用することのできる回路である。
【図２ｂ】高電圧時の図２ａの静電吹付被覆ヘッドの入力端を示す略図である。
【図２ｃ】低電圧時の図２ａの静電吹付被覆ヘッドの入力端を示す略図である。
【図３】本発明による別の装置を部分的に断面で示す略側面図。
【図４ａ】導電性転写ベルトを備える本発明装置の略側面図である。
【図４ｂ】図４ａ装置の一部を拡大して示す側面図である。
【図５ａ】一連の静電吹付被覆ヘッドと導電ドラムを備える本発明装置の略側面図である。
【図５ｂ】図５ａの装置を隣接するレーンにおいてストライプ状に吹付被覆するように設定した状態を示す略端面図である。
【図５ｃ】一連の静電吹付被覆ヘッドと一つの導電ドラムを備えた本発明装置の略側面図である。
【図６】ウェブの欠陥を被覆する状態を示す略側面図。
【図７】ピックアンドプレース装置の略側面図。
【図８】ウェブ上に大きなスパイクが一つ生じる場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図９】１０の周期を有する１つの周期的ピックアンドプレース装置に図８のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１０】１０の周期を有する２つの周期的ピックアンドプレース装置に図８のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１１】それぞれ１０と５の周期を有する２つの周期的ピックアンドプレース装置に図８のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１２】それぞれ１０と５と２の周期を有する２つの周期的ピックアンドプレース装置に図８のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１３】１０の周期を有する１つの周期的ピックアンドプレース装置に続いて５の周期を有する１つのピックアンドプレース装置と２の周期を有する６つの装置に図８のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１４】１０の周期を有する反復スパイク欠陥に関して塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１５】７の周期を有する周期的ピックアンドプレース装置に図１４のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１６】それぞれ７、５、４、８、３、３、３の周期を有する７つの周期的ピックアンドプレース装置を連ねたものに図１４のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１７】それぞれ７、５、４、８、３、３、３、２の周期を有する８つの周期的ピックアンドプレース装置を連ねたものに図１４のスパイクが遭遇する場合の塗膜厚さとウェブ距離の関係を示すグラフ。
【図１８】同径であるが不均等に駆動されるコンタクトローラを連続して備える改良ステーションを用いた本発明装置の略側面図。
【図１９】本発明において使用する制御システムの略側面図。
【図２０】各種の静電界条件下において液滴の繰り返しパターンを形成するために必要なドラムの回転数を示すグラフ。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to an apparatus and a method for coating a substrate.
[Background Art]
[0002]
In general, electrostatic spray coating is a method in which a liquid is atomized and then mist droplets are applied in an electrostatic field. The average diameter and droplet size distribution of the mist droplets can vary greatly from individual spray coating head. In addition, factors such as conductivity, surface tension, and viscosity of the liquid also play a large role in determining the droplet size and the droplet size distribution. Representative examples of electrostatic spray coating heads and devices are described, for example, in U.S. Patent Nos. 2,685,536, 2,695,002, 2,733,171, 2,809,128, and No. 2,893,894, No. 3,486,483, No. 4,748,043, No. 4,749,125, No. 4,788,016, No. 4,830,872, No. 4, Nos. 846,407, 4,854,506, 4,990,359, 5,049,404, 5,326,598, 5,702,527, and 5,954. No. 907. Devices for electrostatically spraying a can forming lubricant on metal strips are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 2,447,664, 2,710,589, 2,762,331, Nos. 2,994,618, 3,726,701, 4,073,966, and 4,170,193. Further, the roll type coating apparatus is described in, for example, US Pat. No. 4,569,864, European Patent Publication 949380, and German OLS DE 198 149689 A1.
[0003]
In general, the liquid sent to the spray coating head is often at least partially affected by the electrostatic field applied thereto, resulting in an unstable flow of the liquid, and is thus dispersed into microdroplets. In general, charged microdroplets discharged from an electrostatic spray coating head are discharged toward a substrate such as an article or an endless web that passes through the spray coating head by an electric field. If the desired coating thickness is greater than the average droplet size depending on the application, the droplets are landed on top of each other and fused to form a coating. When the thickness of the desired coating film is smaller than the average droplet diameter, it is necessary to form a coating film without voids by providing an interval between the droplets by impact and diffusing the droplets.
[0004]
An apparatus for electrostatically spraying a can forming lubricant on a metal strip is described in, for example, U.S. Pat. Nos. 3,726,701, 4,073,966 and 4,170,193. It is described in each specification. In US Pat. No. 3,726,701, the electrostatic potential is adjusted based on the speed of the object to be coated and the film forming speed.
[0005]
U.S. Pat. No. 2,733,171 uses mechanical vibration of an electrostatic spray coating head and intermittent motion of the spray coating head to suppress the formation of stripes and ribs in the deposited coating material. ing.
[0006]
U.S. Pat. No. 5,049,404 uses the piezoelectric vibration of a dielectric electrostatic spray nozzle to stabilize the surface shape of the liquid exiting the nozzle, to suppress nozzle clogging at low flow rates, So that a thin coating film can be obtained.
[0007]
No. 09 / 841,380, filed Apr. 24, 2001, entitled "Electrostatic Spray Coating Apparatus and Method," which is a co-pending application of the present applicant and is hereby incorporated by reference, A liquid droplet is electrostatically sprayed on the conductive transfer surface moistened with the above, and a part of the liquid applied in this way is transferred from the transfer surface to the substrate to form a coating film. An apparatus and method for applying is disclosed.
[0008]
Also, U.S. patent application Ser. No. 09 / 757,955, filed Jan. 10, 2001, entitled "Coating Apparatus and Method," which is a co-pending application of the present applicant, the contents of which are incorporated herein by reference. An apparatus and method for improving the uniformity of a wet coating film is disclosed. The coating is contacted with two or more periodic pick and place devices at a first location and at a location on the substrate different from the first location and correlated with respect to a distance from the first location. Contact again. The application of the coating film can be performed using a point source nozzle such as an airless spray nozzle, an electrostatic spray nozzle, a rotating disk spray nozzle, or a pneumatic spray nozzle, and a source atomizer. The nozzle can be oscillated across the substrate.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0009]
The apparatus and method of the above-mentioned application can produce a very uniform coating, especially when used in combination. The present invention also improves the uniformity of the coating.
[Means for Solving the Problems]
[0010]
The invention, in one aspect, is a method of forming a liquid coating on a substrate,
a) spraying a droplet pattern onto a substrate from an electrostatic spray head for generating a pattern corresponding to an electrostatic field;
b) repeatedly electrically changing the electrostatic field while spraying, thereby repeatedly changing the pattern.
[0011]
A preferred method involves spraying a pattern of droplets on a conductive transfer surface and transferring a portion of the liquid thus applied from the transfer surface to a substrate to form a liquid film.
[0012]
In another aspect, a method of forming a liquid coating on a substrate, comprising:
a) spraying a droplet pattern onto a substrate or a transfer surface from an electrostatic spray head for generating a pattern corresponding to an electrostatic field;
b) repeatedly changing the pattern in a first direction;
c) i) when using a transfer surface, transferring a part of the coating film thus applied from the transfer surface to the substrate;
ii) contacting the coating with two or more pick-and-place devices that improve the uniformity of the coating in the second direction in any order.
[0013]
The present invention also provides an electrostatic spraying head that produces a pattern of droplets and a wet coating on a substrate in response to an electrostatic field, and repeatedly changing the pattern by repeatedly electrically changing the electrostatic field during spraying. A coating device comprising a device or circuit for causing the coating is provided. In a preferred embodiment, two or more such devices or circuits are capable of altering the pattern in a first direction and periodically contacting or re-contacting the wet coating to improve coating uniformity at a second location. Is further provided.
[0014]
The method and apparatus of the present invention can form a substantially uniform thin film or thick film on a conductive substrate, a semiconductive substrate, an insulating substrate, a porous substrate, a non-porous substrate, and the like.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0015]
When performing electrostatic spray coating, the desired coating thickness may be smaller than the average diameter of the droplets deposited from the electrostatic spray coating head. Such a coating method is referred to as a “thin film method”, and a formed coating film is referred to as a “thin film coating”. In the electrostatic spray coating, the desired coating thickness may be larger than the average liquid diameter in some cases. Such a coating method is referred to as a "thick film method", and a formed coating film is referred to as a "thick film coating".
[0016]
The present invention is a conductive, semiconductive, insulating, porous, or non-porous substrate, solvent-based, aqueous, non-solvent type coating composition, using a substantially uniform, void The present invention provides a simple coating method that can be used to apply a thin film coating and a thick film coating without any. The electrostatic spray coating apparatus of the present invention is particularly useful for, but not limited to, the application of moving webs. If desired, the substrate can be a discrete object of finite dimensions, or a series or array of discrete objects. In some embodiments, it is possible to form a coating without depositing the charge generated by the electrostatic spray coating head used for coating on the substrate.
[0017]
In one embodiment of the present invention, a droplet is deposited while repeatedly changing a pattern on a target substrate by repeatedly and electrically changing an electrostatic field during spraying. In another embodiment, the pattern of droplets deposited on the target substrate is repeatedly changed in a first direction (eg, in a manner that repeatedly or electrically changes the electrostatic field) and formed from the droplets. Contacting the applied wet coating with two or more pick-and-place devices improves coating uniformity in the second direction.
[0018]
Here, when “the liquid droplet pattern is repeatedly changed” or “the liquid droplets whose pattern is repeatedly changed” is referred to, when the wet coating film is electrostatically applied to the moving target substrate having the moving direction, The outer shape physically moves in a direction other than the moving direction of the substrate, or the distribution or amount of the wet coating film on the substrate changes in a direction other than the moving direction of the substrate, and such movement and change are repeated. Means to do. Such a change in the pattern can occur, for example, through a change in the spatial position (with respect to the point on the spray head) where the droplet is created, a change in the size, number, or trajectory of the droplet. For example, when the substrate moves in the first direction, the outer shape of the application area formed by the droplet pattern moves in the second direction, moves in one or more third directions, and then repeats in the second direction. May be repeatedly moved, or the outer shape may be enlarged and reduced, and then repeatedly enlarged. Alternatively, the droplets in the application area may be arranged in a first distribution or application amount, arranged in one or more types of distributions or application amounts, and then repeatedly arranged in the first distribution or application amount. . Such repetitive changes need not be continuous, periodic, or periodic, nor do they need to be equal in size, but do not keep the pattern of droplets constant for long periods of time. It must occur frequently during spray application.
[0019]
Here, when the electrostatic field "mechanically changed repeatedly" is referred to, the electrostatic coating of the wet coating film on the moving target substrate having the moving direction causes the space above the target to change so that the pattern of the droplet changes. Means that the position of the spray head is sufficiently moved with respect to the fixed point, and the movement is repeatedly performed. Such repetitive movements need not be continuous, periodic, periodic, and need not be equal in size, but so that the pattern of droplets does not remain constant for long periods of time. It must be performed frequently during spray application. Such movement can be realized by, for example, increasing or decreasing the distance from the spray head to the target, or moving the spray head in a movement direction parallel to the target.
[0020]
When referring to an "electrically altered" electrostatic field, it is applied to the spray head (or one or more objects near the spray head and target, such as an electric field adjustment electrode or a second spray head). By changing the voltage or ground voltage sufficiently to change the electrostatic field and the pattern of the droplets and repeating the change, or by moving objects other than the spray head or target relative to the spray head, It means changing the electrostatic field and the pattern of the droplet and repeating the movement. These repetitive changes or movements need not be continuous, periodic, periodic, and need not be equal in size, but so that the pattern of droplets does not remain constant for long periods of time. It must be performed frequently during spray application. Such a change or movement may be caused, for example, by changing the voltage between the spraying head and the target from a first value to a higher or lower value, and then returning to the first value, or adjusting a nearby electric field. It can be realized by changing the voltage applied to the electrode, or changing the voltage applied to the nearby electrostatic spraying head, or moving the nearby electric field adjusting electrode or the second electrostatic spraying head. .
[0021]
The phrase “during spraying” means while droplets are being sprayed by the electrostatic spray head.
[0022]
"Improve the uniformity of the coating" means that when compared with a similar coating formed without performing the above-described change in the electrostatic field, when evaluated by one or more uniformity measuring methods. , Indicating high uniformity. Many criteria can be applied to measure the improvement in coating uniformity. For example, the thickness standard deviation, the ratio of the minimum (or maximum) thickness divided by the average thickness, the range (defined as the maximum thickness over time at a given observation point minus the minimum thickness), and The reduction of the void area can be mentioned. For example, preferred embodiments of the present invention provide range reductions of greater than 75%, and even greater than 90%. For discontinuous coatings (i.e., coatings that initially have voids), the present invention reduces the total void area of detectable voids by more than 50%, more than 75%, more than 90%, more than 99%, Furthermore, 100% removal can be realized. As will be appreciated by those skilled in the art, the desired degree of improvement in coating uniformity depends on various factors, including the type of coating, coating equipment, coating conditions, and application of the coated substrate.
[0023]
In a preferred embodiment of the invention, the droplet pattern is varied in a first direction, and two or more pick and place devices are used to improve the uniformity of the coating in a second direction. At this time, the first direction and the second direction are both in the plane of the substrate but different from each other. When applying a coating to a moving web, the first direction is generally the direction across the web and the second direction is generally the machine direction, ie, the flow direction.
[0024]
Referring to FIG. 1a, the electrostatic spray coating apparatus 30 includes an electrostatic spray head 31 for dispensing a pattern of a droplet or mist 13a of the coating liquid 13 on a rotary drum 14 grounded. The drum 14 is continuously circulating through the side of the blowing head 11 at intervals determined by the rotation cycle of the drum 14, while making the same point on the drum appear below the blowing head 11 or not. . As will be understood by those skilled in the art, such a device does not require the conductive transfer surface such as a drum to be grounded. Just lower it. However, grounding the conductive transfer surface is generally the most convenient method.
[0025]
Spray head 31 is shown in U.S. Patent No. 5,326,598 and may be referred to as an "electrospray" head. Various types of electrostatic spray heads can be used, including those shown in the above patents. It is preferable that the electrostatic spray head sprays the charged droplets substantially uniformly. A series of ejection projections can be provided on the spray head so that one or more rows of spray are ejected from these projections while changing the spray pattern during spraying. More preferably, the electrostatic spray head (or a series of suitably connected electrostatic spray heads) produces an array of charged droplets, such as rows, such that these droplets form one or more sprays. . The spray head 31 includes a die body 32 having a liquid supply passage 33 and a slot 34. After flowing through the passage 33 and the slot 34, the liquid 13 flows over the wire 36 to form a liquid film 13 having a substantially constant radius of curvature around the wire 36. The first voltage V between the spray head 31 and the drum 14 ₁ Creates an electric field that helps atomize the droplets and urges them toward the drum 14. The electric field affecting the droplets is changed repeatedly during spraying to change the pattern of the mist droplets deposited by the spray head 31. The voltage V arbitrarily applied between the electrode 35 and the drum 14 _Two Creates an additional electric field that urges the droplet toward the drum 14. If necessary, the second voltage V _Two May be omitted, and the electrode 35 may be grounded. Voltage V ₁ When liquid is applied, the liquid 13 forms a series of spaced apart liquid filaments (not shown in FIG. 3 a), which break up into a spray 13 a extending downward from the wire 36. The spray 13a splits at its tip, producing an even spray of highly charged droplets and landing on the rotating drum 14. When the applied voltage is constant, the spray 13a is spatially and temporally constant at the wire 36. Applied voltage V ₁ As the number of filaments and sprays on the wire 36 changes, the pattern of droplets deposited on the drum 14 moves transversely of the web.
[0026]
As the drum 14 rotates, the charged droplets contact the moving web 16 at the entry point 17. Nip roller 26 presses moving web 16 against drum 14 at entry point 17. With the help of the nip pressure, the droplets that have already landed on the drum 14 will diffuse and coalesce before reaching the separation point 18 to form a void-free coating. At the separation point 18, a portion of the coating remains on the web 16 while the remaining portion remains on the drum 14. When the drum 14 rotates several times, it becomes stable, and the entire surface of the drum 14 becomes wet with the paint, so that the amount of the paint removed by the web 16 and the amount of the paint deposited on the drum 14 become equal. The wetted drum 14 surface serves to help the newly applied droplets 3 fuse together before coming into contact with the web 16. Problems with droplet spreading are further reduced by the nip roller 26 applying pressure to the drum 14. Compared to spraying the atomized droplet directly onto the substrate and diffusing it at a speed according to the physical properties of the droplet itself, the droplets coalesce in a much shorter time, and the coating film becomes continuous. This is particularly advantageous in the case of thin-film coatings where droplets tend to be widely separated.
[0027]
Apparatus 30 incorporates an eight-roll improvement station 37, the operation of which is described in our co-pending U.S. patent application Ser. No. 09 / 757,955, filed Jan. 10, 2001. It is as it is. The improvement station 37 includes pick and place rollers 39a-39h unequal in diameter to idler rollers 38a-38g. At the improvement station, the wet side of web 16 contacts the wet surfaces of pick and place rollers 39a-39h, and the coating increases uniformity in the downstream direction of the web, as described in more detail below. The apparatus and method shown in FIG. 1a is particularly advantageous for forming very thin coatings with high uniformity in the downstream direction of the web.
[0028]
FIG. 1B is a perspective view of the electrostatic spraying head 31 and the drum 14 of FIG. The side pan 12a is mounted on the slide bars 12b and 12c, and the side pan 15a is mounted on the slide bars 15b and 15c. The application width can be controlled by moving the side pan 12a and the side pan 15a in directions approaching and separating from each other. The liquid spray 13a extends below the wire 36. Excess coating liquid is discharged by the dams 12d and 15d. If necessary, slide rods 12b, 12c, 15b, and 15c are moved until they come into contact with each other, and then a variable-width pan is added along the slide rod to form a striped coating pattern in the downstream direction of the web. Can be generated.
[0029]
FIG. 1C is a perspective view of the electrostatic spraying head 31 and the drum 14 of FIG. The electrode 35 is omitted for clarity. The center stripe on the drum 14 is wet with the coating liquid 13. The liquid spray 13a extends below the wire 36, but in FIG. ₁ 1b, the number of filaments per unit length along the wire 36 (and therefore the number of sprays 13a) is smaller than in FIG. 1b.
[0030]
Since there is an interval between the sprays 13a, the liquid droplets that land on the drum 14 tend to form a region where the coating thickness is large and a region where the coating thickness is small in the lateral direction of the drum 14. In the case of thin film coating, areas of small coating thickness may look like thin stripes 13b as shown in FIG. 1b. After passing the nip roller 26 and the separation point 18, the stripe is the least noticeable on the drum 14 between the target area of the spray 13a and the separation point 18, as best seen in FIG. 1c.
[0031]
By changing the electrostatic field while performing the jetting, these small thickness areas become less noticeable, improving the uniformity of the coating on the target substrate or transfer surface. Changing the electrostatic field can be implemented in many ways. For example, in the case of the spray head shown in FIGS. 1A to 1C, the voltage V between the spray head 31 and the drum 14 is changed. ₁ Is repeatedly changed to visually change the number and spacing of the sprays along the wire 36, causing the pattern of droplets to move back and forth along the drum 14 in the width direction of the web. Other methods of changing the electrostatic field while spraying include raising and lowering the potential of the drum 14 and other targets (for example, raising the potential higher than the ground potential and then returning to the ground potential). (2) raising and lowering the voltage applied to the electrostatic spraying head, moving the nearby electric field adjusting electrode or the second electrostatic spraying head so that the electrostatic field of the first spraying head can be changed, and precharging the substrate. For example, there is a method of increasing or decreasing the pre-charge voltage. When two electric field adjusting electrodes are used, an asymmetric voltage can be applied to one electrode, and the other electrode can be changed during the spraying after being maintained at the ground voltage or a different voltage. If the pattern of droplets can be properly changed during spraying, it is not important to select a specific technique. Generally, the electrostatic field modification technique is preferred because it does not require a physical change in the position of the spray head relative to the fixed point of the section on the substrate, which simplifies the structure and causes mechanical wear. Because it can be removed.
[0032]
The change of the electrostatic field may be periodic (for example, a periodic function such as a sine wave or a square wave) or non-periodic (for example, a non-periodic function such as a linear ramp function of time or a random walk). While all such changes may be valid, a smooth periodic function such as a sine wave is preferred. Regarding the frequency, a frequency ranging from zero to an upper limit determined by the composition of the electrostatic spray head and the composition of the coating liquid can be used, but if the frequency is higher than the upper limit, it is not possible to drastically change the droplet pattern. It can be difficult.
[0033]
FIG. 2a is a simplified diagram of a circuit that can be used to change the voltage applied to the electrostatic spray head. At least one of the function generator 10 and the direct current (DC) low voltage source 20 has an adjustable output voltage. The function generator 10 can also adjust the output waveform and duration. The function generator 10 and the voltage source 20 are connected in series to the input of the high-voltage power supply 22 to change the total voltage generated across the DC low-voltage source 20 in series with the function generator 10 in an additive or subtractive manner. Is adjusted so that the function generator 10 generates the corresponding waveform. For example, if the high voltage power supply 22 requires +10 VDC input to produce a 50 kV output, the function generator 10 adjusts to generate an AC waveform of about ± 1 VAC from peak to peak, and the DC source 20 adjusts to about +7 VDC. It may be adjusted to generate. The net effect is to provide the power supply 22 with an input signal that varies periodically from about +6 VDC to about +8 VDC, thereby providing a periodic response between about 30 kV to 40 kV between the discharge wire 36 and the ground. It is to generate a changing voltage. As the voltage changes, the number and spacing of the sprays 13a along the wire 36 change, so that the location where the droplets are created in space is a reference point on the wire 36 (eg, point C in FIGS. 2b and 2c). Vary with respect to The pattern of droplets deposited on the target substrate changes as well. As shown in FIG. 2B, at a high voltage, the number of sprays 13a formed along the discharge wire 36 is relatively large, and the interval is relatively narrow. As shown in FIG. 2c, at low voltage, the number of sprays 13a formed along the discharge wire 36 is small and the interval is wide. With the change in the voltage, the spray 13a moves back and forth along the wire 36, and generates on the drum 14 while periodically switching between a large film thickness region and a small film thickness region. The work of leveling the large and small areas of the coating film formed in this way is performed by using the improvement station 37 to fix the electrostatic field during spraying and to keep the position of the spray and the thick and thin areas unchanged. In comparison, it can be done much easier.
[0034]
In FIG. 3, the apparatus 30 of FIG. 1 is used, but the idler roller 38a is converted to an improvement roller, and the web 16 is mounted so as to pass over the upper part of the drum 14. In this configuration, the flatness of the initially formed coating film is lower than in the apparatus of FIGS. 1a to 1c. When the insulating substrate is applied in the apparatus shown in FIG. 3, pre-charging of the electrostatic web (shown at 23 in FIG. 3) is usually required, and after application, neutralization (shown at 25 in FIG. 3) is performed. It is preferable to use an improvement station.
[0035]
In the case where the apparatus shown in FIGS. 1A to 1C is used, the web can be precharged as needed. However, a significant advantage of the apparatus of FIGS. 1a-1c is that it allows the application of insulating and semiconductive substrates without the need for pre-charging and neutralization after application of the web.
[0036]
FIG. 4a shows a coating apparatus 40 according to the invention with an electrostatic spray head 11 for dispensing a spray 13a of a coating liquid 13 onto a grounded circulating conductive transfer belt 41. Apparatus 40 uses an improvement station to circulate the conductive transfer surface and apply substantially evenly. The belt 41 (formed of a conductive material such as a metal band) passes through the steering unit 42, idler rollers 43a, 43b, 43c, 43d, pick-and-place rollers 44a, 44b, 44c of unequal diameter, and a backup roller 45. Circulate. The target web 48 is driven by an electric roller 49 and comes into contact with the belt 41 as the belt 41 circulates around the backup roller 45. The pick and place rollers 44a, 44b, and 44c are not driven and rotate together with the belt 41, and have relative diameters of, for example, 1.36, 1.26, and 1, respectively. The coating on the belt 41 contacts the surfaces of the pick and place rollers 44a, 44b, 44c in the nip areas 46a, 46b, 46c filled with liquid. The liquid coating separates at separation points 47a, 47b, 47c, and a portion of the coating remains on the pick and place rollers 44a, 44b, 44c as they rotate in a direction away from the separation points 47a, 47b, 47c. Will remain. The other portions of the coating film move together with the belt 41. Variations in the coating thickness in the downstream direction of the web seen immediately before the separation points 47a, 47b, and 47c are caused when the surfaces of the belt 41 and the pick and place rollers 44a, 44b, and 44c leave the separation points 47a, 47b, and 47c. Is directly reflected in the thickness of the coating film. As the belt 41 moves further, the liquid on the pick and place rollers 44a, 44b, 44c is further deposited on the belt 41 at a new position along the belt 41.
[0037]
When the belt 41 rotates several times after the apparatus 40 is started, the surfaces of the belt 41 and the rollers 44a, 44b, and 44c are covered with a substantially uniform layer of the liquid 13. When the belt 41 is covered with the liquid, a three-phase (air, coating liquid, and belt) wetting line is not formed in a region where the mist of the coating liquid 13 reaches the belt 41. For this reason, the application liquid 14 can be applied much more easily as compared with the case where the application liquid is directly applied to a dry web.
[0038]
When sandwiched between the rollers 45 and 49, a part of the wet coating film on the belt 41 is transferred onto the target web 48. Since only about half of the liquid is transferred in the nip between the rollers 45 and 49, in the area immediately downstream of the spray head 11, the ratio of the unevenness of the thickness on the belt 41 can be reduced by using the same number of rollers without using the transfer belt. It is usually much smaller (eg, up to about half) than when applied to a dry web without passing the coated web through an improvement station. In steady-state operation, the coating liquid 13 is applied to the belt 41 from the spray head 11 at the same average speed as the coating is transferred to the target web 48.
[0039]
There may be a speed difference between the belt 41 and any of the rollers in FIG. 4a, or between the belt 41 and the web 48, but between the belt 41 and the pick and place rollers 44a, 44b, 44c, or the belt 41. Preferably, there is no speed difference between the web and the web 48. This is because the mechanical structure of the device 40 is simplified.
[0040]
FIG. 4b is an enlarged view of the rollers 45, 49 of FIG. 4a. As shown in FIG. 4b, the target web 48 is porous. Target web 48 may be non-porous if desired. By appropriately adjusting the nip pressure, the wet coating is controlled to penetrate into the pores in the porous target web, and is retained on the top surface of the porous web, to the other surface of the web, and preferably It can be prevented from penetrating inside the web. In contrast, when directly applied to a porous web using conventional electrostatic spray coating or other spray coating techniques, the atomized droplets often penetrate into the web, and the web In some cases, it can completely penetrate the whole. This is especially true for woven webs with a high weave and non-woven webs with a high porosity.
[0041]
5a and 5b are schematic side and end views of a device 50 of the present invention that can be striped onto a web in adjacent lanes, overlapping lanes, or separate lanes. A series of electrostatic spray heads 51a, 51b, 51c apply liquid sprays 52a, 52b, 52c to the web 53 at spaced locations in the width direction of the web 53. The web 53 passes over the nip rollers 54a, 54b, 54c, below the rotary conductive drums 55a, 55b, 55c, and above take-up rollers 56a, 56b, 56c. The ground plates 57a, 57b, 57c, and 57d function to suppress electrostatic interference between the electrostatic spray heads 51a, 51b, and 51c. One or more of the electrostatic fields may be varied. Drum 55b serves as an improvement station for coatings applied to drum 55a, and drum 55c serves as an improvement station for coatings applied to drums 55a and 55b.
[0042]
As shown in FIG. 5B, the electrostatic spraying heads 51a, 51b, and 51c are installed so that a coating film can be applied in a stripe shape in each lane. As will be understood by those skilled in the art, the electrostatic spraying heads 51a, 51b, 51c may be provided at other horizontal positions with an interval, or the side pans 12a, Using a masking device such as a side pan 15a (only one is shown in FIG. 5b for clarity), such as 15a, can be adjusted to control the lateral position and width of each stripe of the coating. it can. In this way, the coating stripes can be wholly or partially overlapped, butted, or separated by uncoated web stripes, as desired. As will be understood by those skilled in the art, different spraying chemicals may be contained in the electrostatic spraying heads 51a, 51b, 51c, respectively, and a plurality of types of chemicals may be simultaneously applied to the web 53.
[0043]
FIG. 5c shows a device 58 of the present invention that can apply a strip of coating to each lane using one rotating conductive drum 14 or other transfer surface and a plurality of electrostatic spray heads 59a, 59b. FIG. Similar to the device 50 of FIGS. 5a and 5b, the electrostatic spray heads 59a, 59b of the device 58 are also spaced apart at various lateral positions and used to coat the coating using a masking device such as a side pan. It can be adjusted to control the lateral position and width of the stripe. This allows the stripes of the coating produced by the device 58 to be fully or partially overlapped, abutted, or separated by uncoated web stripes as desired. If the electrostatic spraying heads 59a and 59b are arranged sufficiently close to each other, the electrostatic field of one of the electrostatic spraying heads 59a or 59b is changed so that the electrostatic spraying of the other electrostatic spraying head 59a or 59b. The electric field can be changed to change the pattern of droplets generated by both spray heads.
[0044]
Two or more spray heads can be arranged above the transfer surface (eg, drum 14 in FIG. 5c) to deposit two or more liquids on the same lane. With such a configuration, it is possible to mix and apply a unique combination of compositions or a multilayer coating film. For example, some solventless silicone formulations use two immiscible chemicals. Such formulations may include two acrylated polysiloxanes that become turbid when mixed and separate into two or more phases when allowed to stand for a significant period of time. Also, many polymerizable formulations, such as epoxy-silicone polymer precursors, contain a liquid catalyst component that is immiscible with the remaining components. By sequentially spraying such blended components from a continuous nozzle, the blending of each component and the component concentration and thickness in the downstream direction of the web can be adjusted. By providing a passage of the coating film through the improvement station after the continuously arranged spraying heads and using them in combination, it is possible to repeatedly separate and merge the components. Such a configuration is particularly useful for formulations that are difficult to mix or that have a fast reaction.
[0045]
If necessary, an inert or non-inert atmosphere can be used to suppress or promote the reaction of the droplets as they move from the spray head to the substrate or transfer surface. Further, by heating or cooling the substrate or the transfer surface, the reaction by the coating liquid can be promoted or suppressed.
[0046]
Regarding the periodic electrical change of the electrostatic field and the application of the droplet pattern to the rotating drum, the understanding of the present invention can be understood from a calculation formula relating the period of change and the rotational angular frequency of the drum. Will be deepened. When a fluctuating voltage V having a period τ is applied to a typical electrostatic spray head, the spray pattern also fluctuates with the period τ. Using such an electrostatic spray head, the radius R _D Can be deposited on a rotating drum moving at a surface speed S, and the coating can be transferred to a moving web wound under the drum. Here, it is assumed that the web and the drum surface move at the same speed or almost the same speed. When one point on the drum surface moves a short distance ds in a short time dt, S = ds / dt. To explain the rotation of one point on the drum, it is convenient to use a cylindrical coordinate system in which the center axis of the drum coincides with the origin of the coordinate system. The first of the two lines can be fixed in space and both can be drawn perpendicular to the central axis. A second line is drawn from the central axis to a fixed point on the drum surface so as to rotate with the drum in space. The angle formed by these two lines can be defined using the angle θ. In this case, the angle θ changes from θ at time t to θ + dθ at time t + dt as the drum rotates. One point on the drum surface moves a distance ds during this time dt. The distance ds is the arc length R _D It is also defined by dθ. As a result, ω _D = Dθ / dt is the rotational frequency of the drum, ds = R _D dθ = R _D dθ (dt / dt) = R _D (Dθ / dt) dt = R _D ω _D dt. Therefore, S = ds / dt = R _D ω _D Gives the web speed S the drum radius R _D And drum rotation frequency ω _D Relate to Similarly, if θ = 0 at t = 0, the roller will completely rotate once at θ = 2π. The time for performing this one rotation is the rotation time τ _D Is defined as dθ = ω _D τd _D Therefore, 2π = ω _D τ _D It becomes. That is, the angular frequency and period are ω _D = 2π / τ _D Are related by
[0047]
The concept of relating the angular frequency and its period in this way is a general concept that can be applied to a device that repeatedly operates in time. Therefore, when the pattern of the droplet is vibrated in the spray at the period τ, the angular frequency ω is related to the period τ by ω = 2π / τ. When such a spray is changed in the lateral direction of the web at a period τ, the angular frequency of the oscillating spray is ω = 2π / τ. The period τ of the vibration spray is the period τ required for the drum to make one revolution. _D With a longer length, the drum will rotate one full revolution in a shorter time than the spray pattern completes one oscillation. The drum may rotate multiple times, resulting in repeated deposition of the application pattern at specific locations on the drum. I _S Is the smaller integer, I _L Is the larger integer, I _L τ _D = I _S If τ, the application pattern is repeated. τ _D Is the time for the drum to rotate once, so I _L Is the number of rotations of the drum required before the spray pattern is repeated exactly the same on the drum. Similarly I _S Is the number of periods of the spray pattern required until the spray pattern repeats on the drum. The same is true even if the period is reversed. That is, τ _D Is greater than τ, I _S Is the smaller integer, I _L Is the larger integer, I _S τ _D = I _L When it is τ, the application pattern is repeated. τ _D Is the time for the drum to rotate once, so I _S Represents the number of rotations of the drum required until the spray pattern is repeated on the drum in this case. _L Represents the number of periods of the spray pattern required before the spray pattern repeats on the drum.
[0048]
τ _D Is smaller or larger than the spray pattern period τ, the actual number of revolutions required to repeat the coating pattern can be determined. The procedure is the same in each case. For example, the drum rotation time τ _D Is smaller than the spray pattern period τ, I _L τ _D = I _S It is necessary to satisfy the criteria of τ. Drum radius R _D When the vibration period τ of the spray is measured, when N is not necessarily an integer, τ / τ _D = I _L / I _S = [Τ / (2πR _D )] S = N. The requirement for a repeating spray pattern appearing on the drum is τ / τ _D = I _L / I _S = N or simply NI _S = I _L Is reduced to Integer I _S In order to obtain the numerical value of, the integers 1, 2, 3,. . . Write n and multiply each integer by N in the column next to the corresponding cell. As a result, the first column in which the product of the second column becomes an integer is I _L Yields the value of Alternatively, if X is an arbitrary number, X-INT (X) = 0 only when X is an integer. _i Is the i-th integer (ie, I ₁ = 1, I _Two = 2, I _Three = 3,. . . I _i = I,. . . I _n = N), the corresponding cell in the second column of the spread table is NI _i −INT (NI _i ) May be entered. If this number is equal to zero, the corresponding integer in the first column is I _S Represents In each case, the I _S Or I _L Is obtained, another integer is also I since N is already known. _L / I _S = N. As a result, the number of rotations of the drum and the number of periods of the spray pattern required until the spray pattern repeats on the drum can be obtained.
[0049]
As mentioned above, the method and apparatus of the present invention can utilize an improvement station that includes two or more pick and place devices that improve the uniformity of the coating in the second direction. In the case of a method involving application to a moving web and a change in droplet pattern in the width direction of the web, this second direction is generally the downstream direction of the web. The improvement station is described in co-pending U.S. patent application Ser. No. 09 / 757,955, and can be further described as follows. Referring to FIG. 6, a liquid coating having a nominal thickness h is provided on a substrate (eg, a continuous web) 60. If an irregular local spike 62 with a height H higher than the nominal thickness is formed for any reason, or an irregular local depression (a partial cavity 63 having a depth H ′ smaller than the nominal thickness or a depth h). If the voids 64 occur for some reason, a part of the coated substrate becomes defective and cannot be used. The remediation station periodically (e.g., periodically) brings the surface wet with the coating fluid of two or more pick and place devices (not shown in FIG. 6) into contact with the coating 61. This allows non-flat portions of the coating, such as spikes 62, to be picked and placed elsewhere on the substrate, or coating material to be placed in non-flat portions of the coating, such as cavities 63 or voids 64. . The pick-and-place device placement cycle is selected so that the action of the device does not promote defects in the coating on the substrate. If necessary, the pick and place device may be brought into contact with the coating only when a defect appears. Alternatively, the coating film may be brought into contact with the pick-and-place device regardless of the presence or absence of a defect at the contact point.
[0050]
FIG. 7 shows a pick-and-place device 70 of the type that can be used in the present invention to improve the coating on the web 60. Pick and place device 70 includes a central hub 71 around which device 70 rotates. The device 70 extends across the coating width of the moving web 60 and the moving web 60 is transported through the device 70 on rollers 72. Two radial arms 73, 74 extend from the hub 71, and pick-and-place surfaces 75, 76 are attached to these arms. The pick and place surfaces 75, 76 are curved and are configured to draw a single arc as the device 70 rotates. Due to the rotation of the pick and place surfaces 75, 76 and the spatial relationship to the web 60, the pick and place surfaces 75, 76 periodically contact the web 60 relative to the rollers 72. The width A contact zone of the web 60 is filled by a wet coating (not shown in FIG. 7) on the web 60 and pick and place surfaces 75, 76 from the starting point 77 to the separation point 77. At the separation point, some liquid remains on both the web and the pick-and-place surface 75 as the pick-and-place device continues to rotate and the web 60 moves over the rollers 72. . After one rotation, the pick and place surface 75 places a portion of the liquid at a new longitudinal position of the web 60. In the meantime, the web 60 has moved a distance equal to the product of the web speed times the time required for the pick and place surface 75 to make one revolution. In this way, a portion of the coating solution can be picked up from one location on the web and placed at another location on the web at another time. Both pick and place surfaces 75, 76 produce this effect.
[0051]
The cycle of the pick-and-place device is the time required for the device to pick up a portion of the wet coating from one location on the substrate and then place it in another location, or that the surface portion of the device is in continuous contact. Can be represented by the distance between two points. For example, if the device 70 of FIG. 7 rotates at 60 rpm and the relative movement of the substrate with respect to the device is constant, the period is 1 second.
[0052]
A plurality of pick and place devices having two or more periods, more preferably three or more periods, are used. Most preferably, such pairs of periods are not integral multiples of each other. The period of the pick and place device can be varied in many ways. For example, changing the diameter of a rotating device, changing the speed of a rotating or rocking device, or positioning the device in the longitudinal direction of the substrate (eg, upstream or downstream of the web) when viewed by a viewer in place. There is a method of repeatedly (for example, continuously) moving the initial spatial position, or a method of changing the moving speed of the substrate with respect to the rotation speed of the rotating device. The period does not need to be a function that fluctuates smoothly and need not be constant over time.
[0053]
Many types of mechanisms can create periodic contact with a liquid-coated substrate, and can use pick and place devices with many types of shapes and structures. For example, using a reciprocating mechanism (for example, a mechanism that moves up and down), the surface wetted with the coating liquid of the pick-and-place apparatus can be swung to come into contact with or separate from the substrate. Preferably, the pick-and-place device is rotated because the device is simple to impart rotational motion to and is supported by a suitable carrier such as a bearing that is relatively resistant to mechanical wear. This is because it can be done.
[0054]
Although the pick-and-place device of FIG. 7 has two discontinuous contact surfaces in the form of a dumbbell, the pick-and-place device may have other shapes and need not have discontinuous contact surfaces. As already shown in FIGS. 1a, 3 and 4a, the pick-and-place device can be a series of rollers in contact with the substrate, an endless belt whose wet side contacts the series of wet rollers and the substrate, or a combination thereof. It may be a combination. Preferably, these rotary pick and place devices are in continuous contact with the substrate.
[0055]
When applying to a moving web or other substrate having a moving direction, an improvement station using rotating rollers is preferred. The roller can be rotated at the same peripheral speed as the moving substrate, or at a lower or higher speed. If necessary, the apparatus may be rotated in a direction opposite to the moving substrate. Preferably, at least two directions of rotation of the rotary pick and place device are the same and there is no periodic relationship. More preferably, for applications involving improving the coating on a substrate having a moving direction, such as a web, at least two pick and place devices are rotated in the same direction and at substantially the same speed as the substrate. Most preferably, the entire pick and place device is rotated in the same direction and at substantially the same speed as the substrate. This can be easily achieved using a non-driven co-rotating roller that abuts the substrate and is carried with the movement of the substrate.
[0056]
Initial contact of the coating with the pick and place device as shown in FIG. 7 results in defective portions of the material. At the start, the pick and place transfer surfaces 75, 76 are dry, and the device 70 contacts the web 60 at a first location on the web 60 in region A when the first contact is made. At the separation point 77, approximately half of the liquid that has entered the area A at the starting point 78 wets the transfer surfaces 75, 76 with the coating liquid and is removed from the web. Even if the thickness of the coating before reaching here is uniform and equal to the desired average thickness, such a splitting of the liquid will result in a small coating thickness on the web 60 and a defective coating. A point is created. When the transfer surface 75 or 76 again comes into contact with the web 60 at the second location, contact and separation with the second coating fluid occurs, creating a second defect area. However, the defect of the coating film is lower than that of the first defect region. After each subsequent contact, the defect area on the web becomes smaller and the deviation from the average thickness gradually decreases and finally reaches equilibrium. Thus, the initial contact creates a thickness variation periodically over a period of time. This is a repetition of the defect, which may itself be undesirable.
[0057]
There is no guarantee that the liquid split ratio between the web and the transfer surface will always be a constant value. Many factors affect the split ratio, but these factors are often unpredictable. If the division ratio changes abruptly, even if the pick-and-place apparatus has been operated for a long time, there will be periodic thickness variations in the downstream direction of the web. If foreign matter adheres to the transfer surface of the pick and place device, the device may create periodic defects downstream of the web with each contact. Thus, the use of only one pick and place device can create a large amount of scrap material.
[0058]
The improvement station uses two or more, preferably three or more, more preferably five or more or eight or more pick and place devices to improve the uniformity of the coating. After the coating solution on the pick-and-place transfer surface has reached an equilibrium value, irregular spikes of high or low coating thickness may pass through the station. If such a condition occurs, and a defect contacts the web, a single pick-and-place device or an array of multiple pick-and-place devices having the same contact period may be brought into contact with the web periodically, resulting in downstream of the web. This results in the propagation of defects of periodic thickness in the direction again. Again, it is likely that those skilled in the art will avoid such devices, since scrap is also created. It is much better to have only one defect in the coated web than to have a long web containing many images of the original defect. Thus, the use of only one device or a series of devices with the same or enhancing contact periods can be very detrimental. However, irregular initial defects entering the station, or defects created by the first contact, use an improvement station consisting of two or more pick and place devices with selected contact periods to reduce rather than propagate the defect. Can be eliminated. Such a remediation station can provide improved coating uniformity instead of a long, defective coating and reduce ingress defects to such an extent that the defects are no longer a problem. .
[0059]
By using the electrostatic spray head described above in combination with the improvement station, a new coating profile is created downstream of the web at the exit of the improvement station. That is, by using a plurality of pick-and-place devices, it is possible to correct defects in the coating film applied from the electrostatic spray head. These defects are re-propagated as defect images by the first device of the improvement station and modified by another defect image propagated and re-propagated by the second device and any subsequent devices. This can be used in constructive and destructive addition methods to ensure that the result is a substantially uniform thickness or controlled thickness variation. In some cases, a plurality of waveforms are actually generated, and these are added so that a desired degree of uniformity is created by combining constructive addition and destructive addition of each waveform. In other words, as the turbulence of the coating film passes through the improvement station, a portion of the coating film is actually picked from a raised point and placed at a lower point.
[0060]
It would be helpful to mathematically model the improvement process of the present invention for a better understanding. Modeling is based on fluid mechanics and is in good agreement with observable results. FIG. 8 illustrates the liquid coating thickness and web with respect to a single random spike input 81 located at a first location on the web approaching a periodically contacting pick and place transfer device (not shown in FIG. 8). It is a graph which shows the relationship with the distance of a length direction (flow direction). 9-13 are the results of a mathematical model where the spike input 81 encounters one or more pick-and-place contact devices, showing the thickness of the liquid coating along the web.
[0061]
FIG. 9 shows a spike 91 that is reduced to a first location on the web and re-propagated to a subsequent second location on the web when the spike input 81 encounters a single periodic pick and place contact device. The

spikes

92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 are shown positioned in a horizontal direction. The length of the peak of the spike 81 input initially is defined as one length unit, and the height is defined as two thickness units. The period of the contact device corresponds to 10 length units. The image of the input defect is repeated periodically over a length of more than 60 length units in increments of 10 length units. Thus, the length of a defect coated web, or "bad" web, is greatly increased relative to the length of the input defect. Of course, the exact length of the defective web will depend on the variation in coating thickness that is acceptable for the desired end use.
[0062]
FIG. 10 shows spikes 104 with spikes 104 each having a period of 10 length units and contracting to remain in a first position on the web when two periodic synchronous pick and place transfer devices are encountered. , Some amplitudes of the

spikes

102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 being re-propagated and placed at a subsequent second location on the web. Compared to using a single pick-and-place device, spikes of lower amplitude occur over longer distances on the web.
[0063]
FIG. 11 shows the coating obtained when using two periodically synchronized pick and place contact devices, period 10 and period 5, which are arranged in series. These devices have a periodically associated contact period. The pick-and-place action deposits the coating at periodically related locations on the web. As compared with FIG. 10, the amplitude of the spike image is not so small, but the length of the web having a defect in the coating film is slightly shorter.
[0064]
FIG. 12 shows a coating film obtained when three periodic pick and place apparatuses having different periods of 10, 5, and 2, respectively, are used. Period 10 devices and period 5 devices are periodically related. Period 10 devices and period 2 devices are also periodically related. However, the period 5 and period 2 devices are not cyclically related (since 5 is not an integer multiple of 2), so this series of devices contacted the coating at the first location on the web. Thereafter, the apparatus includes first and second periodic pick and place devices capable of re-contacting the coating at second and third locations that are not periodically related to each other with respect to distance from the first location. Compared to the device having the action shown in FIGS. 9 to 11, the thickness deviation is much smaller and the length of the web with a defective coating is much shorter.
[0065]
FIG. 13 shows a result when eight contact devices including a first device having a period of 10, a second device having a period of 5, and third to eighth devices having a period of 2 are used. The amplitude of the spike image is much smaller than that of the apparatus having the operation shown in FIGS. 9 to 11, and the uniformity of the coating film thickness is greatly improved.
[0066]
A similar coating improvement is achieved when the irregular defect is not a spike but a depression (eg, an uncoated void).
[0067]
Irregular spikes and depressions described above are one of the common types of defects presented at remediation stations. The next most important type of defect is a periodically repeating defect. Needless to say, both types of defects often occur simultaneously in the coating film manufacturing apparatus. When spikes or depressions occur continuously in a continuously running web, regardless of height or depth, the operator of the coating equipment usually seeks out the cause of the defect and tries to remove it. is there. A single periodic pick and place device such as that shown in FIG. 7 is not only ineffective, but can further degrade the quality of the coating. However, by using two or more devices that are functionally the same as those illustrated in FIG. 7, the cycle of the devices can be properly selected and these devices can be used to intermittently and periodically contact the coating film, The uniformity of the film can be improved. Improvements are seen in both irregular and continuous / periodic variations, and combinations thereof. In general, better results may be obtained if efforts are made to adjust the relative timing of the contact by the individual devices so as to avoid undesirable additive effects. The use of rollers running in continuous contact with the coating avoids this problem and provides a somewhat simpler and preferred solution. Since the roller surface running on the web comes into contact with the web little by little, the roller surface can be regarded as a continuous series of intermittently contacting surfaces. Similarly, a rotating endless belt can perform the same function as a roller. If necessary, a belt in the form of a Mobius strip may be used. Those skilled in the application arts will recognize that other devices, such as elliptical rollers and brushes, can also serve as periodic pick and place devices at the improvement station. The device does not need to have a precise periodicity, just a repeated contact.
[0068]
FIG. 14 is a graph illustrating the relationship between the thickness of the liquid coating and the distance along the web when a repetitive spike input of equal amplitude approaches a pick and place transfer device that is in continuous and periodic contact. If the pick-and-place device contacts this repetitive defect periodically and synchronously and the period is equal to the defect period, no change will occur from the start-up of the device. This is true even if the period of the device is an integral multiple of the defect period. As the simulation of this contact process shows, if the period is shorter than the input defect period, more defect spikes are produced by a single device. FIG. 15 shows the results when a cycle 10 repeatable defect encounters a cycle 7 periodic pick and place roller device.
[0069]
By using a plurality of devices and properly selecting the contact period of the devices, even a macroscopically uneven coating quality can be substantially improved. FIGS. 16 and 17 show that the coating having the defect pattern of FIG. 14 was continuously applied to seven or eight periodic pick and place roller devices, each period of which is not necessarily interrelated. The result of the simulation in the case is shown. In FIG. 16, the cycle of the device is set to 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3. In FIG. 17, the cycle of the device is set to 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3, 2. In both cases, the amplitude of the highest spike was reduced by more than 75%. Even with such an increase in the number of spikes, a significant improvement in the uniformity of the coating thickness was observed.
[0070]
Factors that occur over time, such as drying, curing, gelling, crystallization, and phase changes, may limit the number of rollers used. If the coating liquid contains volatile components, drying may proceed to such an extent that the liquid solidifies, depending on the time required to move through many rollers. As will be described in greater detail below, drying is actually facilitated by the improvement station. In any event, any change in coating phase on the rollers during operation of the improvement station, for any reason, will usually result in disruptions or patterns in the coating on the web. Accordingly, it is generally considered preferable to produce a coating having the desired degree of uniformity using as few rollers as possible.
[0071]
FIG. 18 shows an improvement station 180 using a series of pick and place roller contactors of equal size but different speeds. The liquid-coated web 181 is coated on one side (by an electrostatic spray head not shown in FIG. 18) before entering the improvement station 180. The thickness of the liquid coating on the web 181 varies spatially downstream of the web at any moment as it approaches the rollers 182 of the pick and place contact device. For a fixed observer, the thickness of the coating appears to fluctuate over time. Such variations include transient, irregular, periodic, and transient periodic components in the downstream direction of the web. The web 181 is guided along a path through the station 180 by idler rollers 183, 185 and contacts each roller 182, 184, 186, 187 of the pick and place contact device. The path is selected so that the wet coated side of the web is in physical contact with the pick and place roller. Pick and place rollers 182, 184, 186, 187 (shown with the same diameter in FIG. 18) are driven to rotate with web 181 but at different speeds from one another. The speed of each roller is adjusted to improve the uniformity of the coating on web 181. The speeds of at least two, and preferably two or more, of the pick and place rollers 182, 184, 186, 187 are made different and not mutually integral multiples.
[0072]
Turning now to pick and place roller 182, the liquid coating is split at separation point 189. Some of the coating continues to advance with the web, while the rest moves away from separation point 189 with roller 182 as it rotates. The variation in the thickness of the coating just before the separation point 189 is directly reflected in both the thickness of the liquid on the web 181 and the thickness of the liquid on the surface of the roller 182 when the web 181 and the roller 182 leave the separation point 189. Will be reflected. When the coating on the web 181 first contacts the roller 182 and the roller 182 makes one revolution, the liquid on the roller 182 and the liquid riding on the web 181 meet at the entrance point 188, thereby causing the entrance point 188 to separate from the separation point. A liquid is formed that fills the nip region 196 between the first and second 189. No air is entrained in region 196. From a fixed observer's perspective, the flow velocity of the liquid entering region 196 is the sum of the velocity of the liquid entering web 181 and the liquid entering roller 182. The net effect of the rollers 182 is to take material from the web at one point on the web 181 and return a portion of that material to another location on the web.
[0073]
Similarly, the liquid coating film is also separated at the separation points 191, 193, and 195. A portion of the coating re-contacts web 181 at entry points 190, 192, 194 and is re-applied to web 181.
[0074]
The arrangement of the intermittent pick and place contact device as described above also reduces the degree of irregular or periodic variation in the thickness of the liquid coating on the web, preferably the periodic contact of FIG. It is believed that the pick and place action of the rollers substantially eliminates the variation. Also, even with the above-described apparatus, a single roller or a series of periodically associated rollers traveling in contact with the liquid film on the web generally propagates defects and reduces costs. It tends to produce large quantities of such scrap.
[0075]
The use of multiple pick-and-place rollers substantially reduces the amplitude of successive spikes or depressions, and the uniformity of the spikes and depressions, which is somewhat variable by combining them The formation of a coating film having a high surface roughness can be realized at the same time. As shown in FIG. 18, this can be achieved using roller devices of the same diameter driven at different speeds. This can also be achieved by changing the diameter of the roller device, as shown in FIGS. 1a, 3 and 4. If the rollers are not driven independently, but are rotated by the traction of the web, the period of each roller is related to its diameter and the traction of the wet web. Choosing rollers of different sizes requires extra time during the initial setup phase, but the rollers can be rotated with the web without driving, greatly reducing the overall cost of the improvement station. Become.
[0076]
In the absence of a detailed mathematical simulation, the recommended experimental procedure for determining the combination of pick and place roller diameters, and thus the combination of roller periods, is as follows. First, the amount of application to the web is continuously measured to determine an entry period P of an undesirable periodic defect entering the improvement station. Next, a series of pick-and-place roller diameters having periods ranging from smaller to larger periods are chosen while avoiding integer multiples and divisors of the entry period. From this group, the roller which can improve the uniformity by one of them is determined. From the remaining rollers in the group, a second roller is selected that provides the best uniformity when used with the first selected roller. Once the first two rollers have been determined, the remaining pick and place rollers are selected one by one, which can be improved most. The best roller combination will depend on the uniformity criteria used and the initial variability present on the web prior to improvement. Roller combinations that are considered to be preferred are those that include rollers having a period Q equal to the product of the period of the entry defect multiplied by 0.03 and a number in the range of 0.26-1.97. Exceptions are Q = 0.5, 0.8, 1.1, 1.25, 1.4, 1.7. When n is an integer and k = 1 / n, the periods of (Q + nP) and (Q + kP) are also recommended.
[0077]
FIG. 19 shows a thickness monitoring and control system used in the improvement station 200. This system allows for the monitoring of coating thickness variations and adjustments at the frequency of one or more pick and place units of the improvement station, thereby improving coating uniformity and other desired changes. be able to. This is particularly useful when the period of the incoming deviation changes. Referring to FIG. 19, pick and place transfer rollers 201, 202, and 203 are attached to an electric drive system (not shown in FIG. 19), and the electric drive system rotates each roller in response to a signal from a controller 250. The speed can be controlled individually. The rotation speeds do not necessarily have to match, nor do they need to match the speed of the substrate 205. Sensors 210, 220, 230, 240 can detect one or more properties (eg, thickness) of substrate 205 or its coating, and may include any one or more of pick and place rollers 201, 202, 203 Can be arranged before or after. The sensors 210, 220, 230, 240 are connected to the controller 250 via signal lines 211, 212, 213, 214. Controller 250 processes signals from any one or more of sensors 210, 220, 230, 240 to apply desired logic and control functions and generate appropriate analog or digital adjustment signals. These adjustment signals are sent to a motorized section for one or more pick and place rollers 201, 202, 203 to adjust the speed of one or more rollers. In one embodiment, the automatic control air 250 is a microprocessor, calculates the standard deviation of the coating thickness on the output side of the roller 201, and performs the control function to determine the minimum standard deviation of the improved coating thickness. Can be programmed as Depending on whether the control of the rollers 201, 202, 203 is performed individually or in common, a univariate or multivariable closed-loop control algorithm from a sensor located behind the remaining pick and place rollers may be used. And the uniformity of the coating film can be controlled. As the sensors 210, 220, 230, and 240, various detection systems such as an optical hydrometer, a β meter, a capacitance meter, a fluorimeter, and an absorbance meter can be used. If necessary, the number of sensors may be smaller than the number of pick and place rollers. For example, a single sensor, such as sensor 240, can be used to monitor the thickness of the coating and control the pick and place rollers 201, 202, 203 sequentially or otherwise.
[0078]
As mentioned above, the improvement station can use a driven pick and place roller that can select or change the rotational speed before or during operation. The cycle of the pick and place roller can be changed in other ways. For example, the diameter of the roller may be changed while the surface speed of the roller is kept constant (for example, by expanding or contracting the roller by expanding or contracting the roller). The diameter of the roller does not need to be constant, and if necessary, the cross-sectional shape can be a middle height, a dish shape, a conical shape, or the like. Such a shape helps to change the cycle of the roller combination. Also, the position of the rollers and the length of the substrate path between the rolls can be changed during operation. One or more of the rollers may be positioned so that their axis of rotation is not perpendicular (or always perpendicular) to the substrate path. With this arrangement, the roller reapplies the picked-up coating at a position shifted in the lateral direction of the substrate, so that the performance can be improved. For example, the flow rate of the liquid supplied to the electrostatic spraying head may be periodically modulated, for example, and the cycle may be changed. All of these changes are useful as alternatives to or in addition to the roller size rules described above, all of which can improve the performance of the improvement station and the uniformity of the final coating thickness. Can have an effect. For example, a small change in the relative speed or periodicity of one or more of the pick and place devices, or the speed or periodicity of one or more of the devices and the substrate may be effective in improving performance. Was obtained. This is particularly useful when using a small number of rollers or a small number of periods. The changes used may be random or controlled. Preferably, each roller is independently driven using a separate motor, and the change is achieved by changing the speed of the motor. As will be appreciated by those skilled in the art, changing the rotational speed can be accomplished in other ways, such as transmissions, belt and pulley systems or gear chain and sprocket systems that change the diameter of pulleys or sprockets, limited slip clutches, It can also be achieved by using a brake or a roller that is not driven directly but is driven frictionally by contact with another roller. Changes may be periodic or aperiodic. Non-periodic changes include intermittent changes and changes based on non-periodic functions such as a temporal linear ramp function, random walk, and the like. It is believed that all such changes can improve the performance of an improvement station that includes a fixed number of rollers. Changing the speed gives improved results, with the amplitude being reduced on average to 0.5%.
[0079]
Stationary speed differences are also useful. With this method, it is possible to select a rotation speed that avoids a decrease in performance. Assuming that the rotation speed is constant, it is preferable to avoid performance degradation by selecting the size of the roller.
[0080]
Complementary advantages can be obtained by using a combination of an electrostatic spray head capable of changing the droplet pattern and an improvement station. The electrostatic spray head applies a pattern of droplets from the substrate or the transfer surface, or the transfer surface to the substrate. When the flow rate to the spray head is kept constant and the moving speed of the substrate is kept constant and most of the droplets are deposited on the substrate or transferred to the substrate, the average adhesion of the liquid is almost equal. However, in general, the liquid adheres in a state of droplets with insufficient spacing, causing local variation in the thickness of the coating film. Changing the electrostatic field may change the pattern of the droplets in the transverse direction of the web, moving the point where the coating thickness is large and the point where the coating thickness is small, back and forth in the transverse direction of the web. The improvement station can eliminate such web thickness variations. The improvement station can also convert the droplets to a continuous coating, improve the uniformity of the coating, or reduce the time and machine length required to spread the droplets. The action of bringing the initial droplets into contact with a selected pick and place device, such as a roller, to remove a portion of the liquid and then returning it to another location on the substrate, increases the surface coverage of the substrate and increases the coating. The distance between points is shorter, and in some cases the density of the droplets is higher. The improvement station also serves to increase the rate at which the droplets spread by creating pressure on the droplets and the substrate. By altering the pattern of droplets from the spray head, especially by altering the pattern in a direction other than the flow direction, the effectiveness of the improvement station can be increased. Thus, by using the electrostatic spray head in combination with the selected pick and place device, the uniformity of the finally obtained coating film is improved.
[0081]
In other words, the alteration of the electrostatic field and the droplet pattern described above is accomplished by subjecting the improvement station to an intentionally alterable coating having a thickness variation whose position moves back and forth in a direction other than the flow direction. Improve the uniformity of the coating.
[0082]
Even if the average diameter of the droplets is smaller than the desired thickness of the coating and the spray coating speed is fast enough to produce a continuous coating, the spray properties are not uniform due to the statistical properties of the spray Sex is born. Also in this case, the uniformity of the coating film can be improved by using a roller or other selected pick and place device.
[0083]
Effective combinations of electrostatic spray heads and pick-and-place devices can be experimentally tested or simulated for individual applications. By using the present invention, it was possible to convert a 100% solids coating composition to a cured coating having no voids or substantially voids and a very small average thickness. For example, a coating film having a thickness of less than 10 μm, less than 1 μm, less than 0.5 μm, or even less than 0.1 μm can be easily obtained. Coatings having a thickness of more than 10 μm (eg, more than 100 μm) can also be obtained. In the case of such a thick coating, one or more (or all) surfaces of the pick-and-place apparatus are provided with a surface pattern such as a groove, a notch, or an engraving to accommodate a thick wet coating. You should be able to do it.
[0084]
The improvement station can significantly reduce the time required to produce a dry substrate and significantly mitigate coating thickness variations. The reason why the improvement station can reduce the variation in the thickness of the coating film is as described above. Even though the coating entering the improvement station is already even, the improvement station greatly increases the drying speed. Without being bound by theory, it is believed that repeated contact of the wet coating with the pick and place device increases the exposed liquid surface, thereby increasing heat and mass transfer rates. Repeated separation, removal, and reattachment of the liquid on the substrate could also increase the drying rate by increasing the temperature and concentration gradients and increasing the heat and mass transfer rates. It is further believed that the pick-and-place device moving closer to and relative to the wet substrate helps to destroy the rate-limiting boundary layer near the liquid level of the wet coating. All of these factors are believed to aid drying. In processes involving a moving web, this can reduce or reduce the size of the drying station (eg, drying oven or blower) downstream from the coating station. If necessary, the improvement station may be extended to the drying station.
[0085]
Coatings can be applied to a variety of flexible or rigid substrates using the apparatus and method of the present invention. These substrates include paper, plastics (eg, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters, phenols, polycarbonates, polyimides, polyamides, polyacetals, polyvinyl alcohols, phenylene oxides, polyallylsulfones, and polystyrene). , Silicones, ureas, diallyl phthalates, acrylics, cellulose acetates, chlorinated polymers such as polyvinyl chloride, fluorocarbons, epoxies, melamines, etc.), rubber, glass, ceramics, metals, biological origin And combinations or composites thereof. If necessary, a pretreatment of the substrate (for example, by a surface treatment such as a primer, a corona treatment, a flame treatment, etc.) can be performed before the application of the coating film so as to increase the coating film receptivity of the substrate surface. The substrate may be substantially continuous (eg, a web) or finite length (eg, a sheet). Substrates can have a variety of surface topography (eg, smooth, textured, embossed, microstructured, porous, etc.) and a variety of internal attributes (eg, overall homogeneous, non-uniform, corrugated, braided, non-braided, etc.) It is possible to have. For example, when applying to a substrate having a fine structure (and assuming that the target fine structure is to be applied from above the substrate with the upper surface of the substrate being the upper surface of the substrate), the coating film can be easily applied to the top of the fine structure . The surface tension of the coating liquid, the application of the nip pressure (when there is a nip pressure), the surface energy and the surface shape of the microstructure determine whether or not the coating is performed on the lowermost part (for example, a valley) of the microstructure. Pre-charging the substrate, if necessary, can help deposit the coating in the valleys of the microstructure. When applying to a fibrous web using the drum transfer method as shown in FIGS. 1a to 3 or the transfer belt method as shown in FIGS. 4a to 4b, the penetration depth of the coating film mainly depends on the wicking flow ( Wicking flow).
[0086]
Substrates can be used in a wide variety of applications, including tapes, membranes (such as fuel cell membranes), insulation, optical films or components, photographic films, electronic films, circuits or components, and precursors thereof. The substrate may be a single layer or a multilayer under the coating layer.
[0087]
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples. Unless otherwise specified, all parts and percentages used herein are by weight.
Embodiment 1
[0088]
A 35 μm thick, 30.5 cm wide polyethylene terephthalate (PET) web was passed over an idler roller, under a 50.8 cm diameter, 61 cm wide grounded stainless steel drum, and over another idler roller. The web contacted about half of the circumference of the drum. The drum was spun at the same speed as the surface speed of the moving web, ie at a speed S of 7.62 m / min. Therefore, the rotational frequency ω of the drum _D = S / R _D Is 0.5 ^-1 Seconds, rotation period τ _D = 2π / ω _D Was 12.57 seconds.
[0089]
HP / HP-50N6-DM 50 kVDC 6 mA negative output high voltage power supply with HP6216A 0-30 VDC power supply (Hewlett-Packard, Inc.) and PM5134 function generator (Philips Electronics NV) (Glassman High Voltage Inc.) in series. The HP6216A power supply was adjusted to about 6.5 VDC, and the PM5134 function generator emitted an AC sine wave with a period of 27.4 seconds as measured by an HP5315B universal counter (Hewlett-Packard, Inc.). Adjusted. The amplitude of the sine wave was increased until the input voltage to the Grassmann high voltage power supply measured using a Fluke 8000A digital multimeter (Fluke Corp.) changed from 4.51 volts to 8.62 volts. Due to this oscillating input, a change in the output voltage from -22.6 kV to -42.6 kV was observed. Die wire of an electrostatic spray head capable of operating the output of a Grassmann power supply via two 200 MΩ safety resistors in series, in electrospray mode as described in US Pat. No. 5,326,598. Sent to A total of 400 MΩ safety resistance ensures that accidental touching of the die wire does not continually draw less than 125 microamps from the power supply. The field adjustment electrodes (also called "extraction rods") of the spray head were grounded. The die wire was held at a constant distance of 10.8 cm from the drum surface. The spray head slot was 33 cm wide. However, due to the charge repulsion in the atomized droplet spray, the spray head was able to spray a spray of 38 cm wide on the drum.
[0090]
A grounded side pan having a width of 14 cm and a length of 25.4 cm was arranged below both ends of the spray head and immediately above the drum. The side pan concealed the application area and drained excess paint. The side pan was adjusted laterally on the slide bar to allow the application width to be from 10 cm to 30 cm. Only the spray falling between the side pans reached the drum. The distance between the side pans was set to 30.4 cm so that the entire width of the web could be applied.
[0091]
A nip roller with an overall outer diameter of 10.2 cm was placed in contact with the drum and was held in place with a nip pressure of 0.276 Mpa by two air cylinders. The nip roller was provided with a polymer coating layer having a durometer hardness of 80 and a thickness of 0.794 cm.
[0092]
A UV curable release coating composition comprising a solventless silicone acrylate as described in Example 10 of U.S. Pat. No. 5,858,545 was prepared, and 0.3 parts per hundred parts (pph) of 2 , 2 ′-(2,5-thiophenediyl) bis “5-ter-butylbenzoxazole” (UVITEX®-OB fluorescent dye, manufactured by Ciba Specialty Chemicals Corp.) Modified.
[0093]
The release composition was electrostatically sprayed onto the upper part of the rotating metal drum at a flow rate capable of forming a coating film having a thickness of 1.2 μm on the drum. After several rotations of the drum, the drum surface became wet with the release paint and reached equilibrium. As the drum rotated past the electrostatic spraying head, the droplets of the electrostatic spray were attracted to the grounded drum, and the charges of the droplets disappeared on the drum.
[0094]
A row of liquid spray was fired from the discharge wire toward the drum, forming a varying pattern of atomized droplets on the drum. At the maximum Grassmann power supply voltage of -42.6 kV, about two to three sprays per cm were formed along the wire. As the electrostatic field weakened, the number of sprays decreased and the spacing between sprays increased. By periodically changing the electrostatic field, the spray was moved back and forth in the width direction of the drum, and a transition region consisting of a coating film thickness portion and a thin portion was formed over the entire region of the drum. The thick and thin areas of the coating are easier to observe by irradiating the wet coating with a Model 801 "dark light" fluorescent light (Visual Effects, Inc.). became.
[0095]
The non-linear current passed through the safety resistor as the Grassmann power supply voltage oscillated, as the die wire was longer than the die and the non-wet portion of the die wire began corona discharge. From the current and voltage measurements performed on the Grassmann power supply with and without the safety resistor in the absence of the coating liquid, it was estimated that the voltage of the die wire would vary between -22 kV and -25 kV in one cycle. . Since the current-voltage relationship for the corona discharge was not linear, the voltage variation on the wire was not sinusoidal. Nevertheless, it has been observed that the distance between sprays on the wire periodically increases and then decreases. It was also observed that the variation had a non-sinusoidal nature. As one of ordinary skill in the art will note, the removal of the safety resistor could cause a sinusoidal voltage swing on the die wire.
[0096]
The time required for the drum to make one revolution was shorter than the time required for one oscillation of the Grassmann power supply. τ _D (12.57 seconds) is smaller than τ (27.4 seconds), so the repetition of the coating pattern is I _S Is the smaller integer, I _L Where is the larger integer I _L τ _D = I _S can be determined from the requirement of τ. τ _D Is the time for the drum to make one revolution, so I _L Is the number of drum rotations required before the spray pattern is repeated on the drum. Τ = 27.4 seconds, R _D = 0.254m, S = 7.62m / min, N = τ / τ _D = I _L / I _S = [Τ / (2πR _D )] S = 2.18, NI _S = I _L , It can be seen that the first product that gives an integer result when the spreadsheet calculation is performed is 2.18 (50) = 109. Therefore, the drum rotates 109 times before the same coating pattern appears at a certain point on the drum. Similarly, the vibration of the droplet pattern is repeated 50 times until the same droplet pattern lands on the repetition point on the drum. Spreadsheet calculations are performed for various web speeds or spray pattern oscillations and τ / τ in 0.002 increments. _D = Τ / τ from 2.17 _D = 2.2 is shown in FIG. If the pattern period is slightly increased (eg, from 27.4 seconds to 27.65 seconds) or if the web speed is increased slightly (eg, from 7.62 m / min to 7.69 m / min), τ / τ _D = 2.2, and the result of the spreadsheet calculation is 2.2 (5) = 11. The spray when slightly increased in this way has a repetitive pattern every 11 rotations of the drum and every five cycles of spraying.
[0097]
As the drum rotated past the moving web, the applied droplets contacted the web surface. A nip roller spreads and fuses the droplets to form a void-free coating. Providing deep dents at one location on the surface of the nip roller caused observable defects in the coating.
[0098]
When the web was separated from the rotating drum, a part of the coating liquid remained on the drum, and the remaining coating liquid remained on the web. Observation of the web immediately after the point of separation using dark light showed that the thin transition area of the coating had been transferred to the web.
[0099]
The coated web was cycled through an eight roller improvement station where the wet side of the web was contacted with eight pick and place rollers. The path length from the nip to the improvement station was 0.86 m and the path length through the improvement station was 1.14 m. The diameters of the eight rollers are 54.86 mm, 69.52 mm, 39.65 mm, 56.90 mm, 41.66 mm, 72.85 mm, 66.04 mm, and 52.53 mm, and the tolerance is ± 0.025 mm for all the rollers. did. The rollers were obtained from Webex Inc. as dynamically tuned steel live shaft rollers with a chrome plated surface finished to 16Ra. The improvement station completely eliminates uncoated areas of the web, including observable patterns created by indentations on the nip rollers, and is visually much more uniform when evaluated using dark light illumination. An improved coating was formed.
Embodiment 2
[0100]
Using the method, web and coating composition of Example 1, the variable separation of the side pan was adjusted to less than 30.4 cm. The web speed was fixed at 7.62 m / min, and a 1.2 μm thick coating was applied to the web at a nip pressure of 0.28 MPa. When evaluated using dark light irradiation, a uniform coating film was obtained at any side pan separation distance.
Embodiment 3
[0101]
Using the method, web and coating composition of Example 1, the web was again coated with a release agent. The flow rate near one end of the die was slightly higher due to the finer fiber pieces on the die wire. This creates a thicker area of the coating, and when the coated web sample is passed under the sensor of an LS-50B Fluorescence Spectrometer (Perkin Elmer Instruments), the problem of die wire is problematic. Observation was possible because the fluorescence intensity near the end was high. The rest of the web showed very good coating uniformity, as can be seen from the equal fluorescence intensity.
[0102]
No. 2.54 cm wide on the top (coated side) and back side of the coated web sample. 845 Book Tape (3M) was applied, and the control sample consisting of an uncoated web was also applied to the upper side and the back side to evaluate the peeling property. Both samples were aged for 3-7 days at room temperature or 70 ° C. The properties of the applied coating were evaluated by measuring the 180 ° peel force required to remove the tape at a speed of 2.3 m / min. After re-attaching the peeled tape sample to clean glass, the transfer of the coating was evaluated by measuring the 180 ° peel force required to remove the tape from the glass. The breakdown of the samples and the values of the peeling force are as specified in Table I below.
[0103]
[Table 1]

[0104]
As the data in Table I show, the applied coating exhibited excellent release properties and did not cause transfer of the release coating to the adhesive of the book tape. Even after the coating was heat-aged at 70 ° C., the excellent peelability and re-adhesion of the adhesive to the applied coating were maintained. For example, when the tape was peeled from the glass, the peel force of the control sample (7 days, 70 ° C.) fluctuated ± 6%. In contrast, the peel force of the coated sample (7 days, 70 ° C.) when peeling the tape from the glass fluctuated ± 8%. The reason why the fluctuation values of the peeling force are similar is that the surface morphology of the coated PET sample is very similar to that of the uncoated PET sample. Thus, this data demonstrates that the present invention is effective in applying even thin films on non-conductive webs.
[0105]
As will be apparent to those skilled in the art, various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the scope and spirit of the invention. The above description is for the purpose of explanation only, and the present invention is not limited to this.
[Brief description of the drawings]
[0106]
FIG. 1a is a schematic side view of the device of the present invention.
FIG. 1b is a perspective view showing the electrostatic spray coating head and the conductive transfer surface of the apparatus of FIG. 1a.
1c is another perspective view showing the electrostatic spray coating head and the conductive transfer surface of the apparatus of FIG. 1a.
FIG. 2a is a circuit that can be used to change the electrostatic field during spray coating.
2b is a schematic diagram showing the input end of the electrostatic spray coating head of FIG. 2a at high voltage.
2c is a schematic diagram showing the input end of the electrostatic spray coating head of FIG. 2a at low voltage.
FIG. 3 is a schematic side view, partially in section, of another device according to the invention.
FIG. 4a is a schematic side view of an apparatus of the present invention including a conductive transfer belt.
FIG. 4b is an enlarged side view of a portion of the apparatus of FIG. 4a.
FIG. 5a is a schematic side view of a device of the invention comprising a series of electrostatic spray coating heads and conductive drums.
FIG. 5b is a schematic end view of the apparatus of FIG. 5a set to be spray coated in stripes on adjacent lanes.
FIG. 5c is a schematic side view of the apparatus of the present invention with a series of electrostatic spray coating heads and one conductive drum.
FIG. 6 is a schematic side view showing a state where a web defect is covered.
FIG. 7 is a schematic side view of a pick and place device.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance when one large spike occurs on the web.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance when the spike of FIG. 8 is encountered on one periodic pick and place device having a period of 10;
FIG. 10 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance when the spike of FIG. 8 is encountered on two periodic pick and place devices having a period of 10;
FIG. 11 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance when the spike of FIG. 8 is encountered on two periodic pick and place devices having periods of 10 and 5, respectively.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance when the spike of FIG. 8 is encountered on two periodic pick and place devices having periods of 10, 5, and 2, respectively.
FIG. 13 shows the case where the spike of FIG. 8 encounters one periodic pick and place device having a period of 10 followed by one pick and place device having a period of 5 and 6 devices having a period of 2; 4 is a graph showing the relationship between coating film thickness and web distance.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance for repeated spike defects having a period of 10;
FIG. 15 is a graph showing the relationship between coating thickness and web distance when the spike of FIG. 14 is encountered in a periodic pick and place apparatus having a period of 7;
FIG. 16 shows the coating thickness and web distance when the spike of FIG. 14 is encountered in a series of seven periodic pick and place devices having periods of 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3 respectively. The graph which shows the relationship.
FIG. 17 shows the coating thickness when the spike of FIG. 14 is encountered in a series of eight periodic pick and place devices having periods of 7, 5, 4, 8, 3, 3, 3, 2 respectively. The graph which shows the relationship of a web distance.
FIG. 18 is a schematic side view of the apparatus of the present invention using an improved station having a series of contact rollers of the same diameter but driven unevenly.
FIG. 19 is a schematic side view of a control system used in the present invention.
FIG. 20 is a graph showing the number of rotations of a drum required to form a repeated pattern of droplets under various electrostatic field conditions.

Claims

A method for forming a liquid coating on a substrate, comprising:
a) spraying a droplet pattern onto a substrate from an electrostatic spray head for forming a pattern corresponding to an electrostatic field;
b) repeatedly electrically changing the electrostatic field while spraying, thereby repeatedly changing the pattern.

The method of claim 1, wherein the electrostatic field is continuously varied.

The method of claim 1, wherein the electrostatic field is changed periodically.

The method of claim 1, wherein the electrostatic field is aperiodically varied.

The method of claim 1, wherein said electrostatic field is varied in response to a coating monitor signal.

The method of claim 1, wherein the electrostatic field is changed by changing a voltage between the spray head and the substrate.

The method of claim 1, wherein the electrostatic field is changed by changing a voltage of an object near the spray head.

The method of claim 1, wherein the spray head comprises a discharge wire from which a row of liquid sprays is discharged, the number and spacing of the sprays changing during spraying.

The method according to claim 1, wherein the spray head comprises a series of ejection projections from which one or more rows of liquid spray are ejected, and the spray pattern changes during spraying.

The method of claim 1, wherein the substrate comprises a conductive transfer surface, and a portion of the liquid coating is transferred from the transfer surface to a moving web.

The method of claim 1, wherein the droplet has an average diameter, the liquid coating has an average thickness, the average diameter is greater than the average thickness, and the coating is substantially free of voids.

2. The coating of claim 1, wherein the coating is applied in one or more stripes, the stripes overlapping or partially abutting each other or separated by an uncoated substrate. Method.

13. The method according to claim 12, wherein the plurality of different compositions are applied in two or more stripes.

13. The method of claim 12, wherein the same composition is applied in two or more stripes.

A method for forming a liquid coating on a substrate, comprising:
a) spraying a droplet pattern onto the substrate or the transfer surface from an electrostatic spray head that generates a pattern according to an electrostatic field;
b) repeatedly changing the pattern in a first direction;
c) i) when using a transfer surface, transferring a part of the coating film thus applied from the transfer surface to the substrate;
ii) contacting the coating with two or more pick and place devices that improve the uniformity of the coating in a second direction;
In any order.

The method of claim 15, wherein the electrostatic field is repeatedly and electrically changed.

17. The method of claim 16, wherein the electrostatic field is changed by changing a voltage between the spray head and the substrate or transfer surface.

17. The method according to claim 16, wherein the electrostatic field is changed by changing a position of a near field adjusting electrode or a second spray head.

The method of claim 15, wherein the electrostatic field is repeatedly and mechanically changed.

16. The method of claim 15, wherein the spray head comprises a discharge wire from which a row of liquid sprays is discharged, the number and spacing of the sprays changing during spraying.

16. The method of claim 15, wherein the spray head comprises a series of ejection projections from which one or more rows of liquid spray are ejected and the spray pattern changes during spraying.

16. The method of claim 15, wherein a conductive transfer surface is used.

16. The method of claim 15, wherein the coating is contacted with three or more pick and place devices.

The method of claim 15, wherein the substrate comprises a moving web.

16. The method of claim 15, wherein the droplet has an average diameter, the liquid coating has an average thickness, the average diameter is greater than the average thickness, and the coating is substantially free of voids.

16. The coating of claim 15, wherein the coating is applied in one or more stripes, the stripes overlapping or partially abutting each other or separated by an uncoated substrate. Method.

An electrostatic spray head for forming a pattern of liquid droplets and a wet coating on a substrate in response to an electrostatic field, and an apparatus or circuit for repeatedly changing the pattern by repeatedly and electrically changing the electrostatic field during spraying And a coating apparatus.

Two or more pick and place devices wherein the pattern changes in a first direction and the device further contacts and re-contacts the wet coating in a second direction to improve uniformity of the coating. 28. The device of claim 27, comprising:

28. The device of claim 27, wherein said electrostatic field is varied continuously.

28. The device of claim 27, wherein said electrostatic field is varied periodically.

28. The device of claim 27, wherein said electrostatic field is varied aperiodically.

The apparatus of claim 27, wherein said electrostatic field is varied in response to a coating monitor signal.

28. The apparatus of claim 27, wherein said electrostatic field is varied by varying a voltage between said spray head and said substrate.

28. The apparatus of claim 27, wherein the spray head comprises a discharge wire from which a row of liquid sprays is discharged, the number and spacing of the sprays changing during spraying.

28. The apparatus of claim 27, wherein the spray head comprises a series of ejection projections from which one or more rows of liquid spray are ejected, and wherein the spray pattern changes during spraying.

28. The apparatus of claim 27, wherein the substrate comprises a conductive transfer surface, and a portion of the wet coating is transferred from the transfer surface to a moving web.

28. The apparatus of claim 27, wherein the droplet has an average diameter, the liquid coating has an average thickness, the average diameter is greater than the average thickness, and the coating is substantially free of voids.

28. The apparatus of claim 27, wherein a plurality of electrostatic spray heads apply one or more compositions to the substrate in one or more stripes.

39. The apparatus of claim 38, wherein the spray head applies a plurality of coating compositions in a single stripe.

39. The apparatus of claim 38, wherein the spray head applies the coating composition in a plurality of stripes.

An electrostatic spray head for forming a droplet pattern and a wet coating on a substrate in response to an electrostatic field, a device or circuit for changing the electrostatic field to change the pattern, and periodically contacting the wet coating And two or more pick-and-place devices capable of re-contacting, wherein the coating device is configured to repeatedly change the electrostatic field during spraying to improve uniformity of the coating.

42. The device of claim 41, wherein said electrostatic field is repeatedly and electrically varied.

43. The apparatus of claim 42, wherein said electrostatic field is varied by changing a voltage between said spray head and said substrate.

43. The apparatus of claim 42, wherein the electrostatic field is varied by changing a position of an object near the spray head.

42. The device of claim 41, wherein said electrostatic field is repeatedly and mechanically varied.

42. The apparatus of claim 41, wherein the spray head comprises a discharge wire, from which a row of liquid sprays is discharged, the number and spacing of the sprays changing during spraying.

42. The apparatus of claim 41, wherein the spray head comprises a series of ejection projections from which one or more rows of liquid spray are ejected, wherein the spray pattern changes during spraying.

42. The apparatus of claim 41, wherein the droplet has an average diameter, the liquid coating has an average thickness, the average diameter is greater than the average thickness, and the coating is substantially free of voids.

A plurality of electrostatic spraying heads apply one or more coating compositions on the substrate in a plurality of stripes, and the plurality of stripes entirely or partially overlap or abut each other, 42. The device of claim 41, or separated by an uncoated substrate.